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作为有机半导体的硫代硫酸芳香二酰亚胺以及使用它们的器件

阅读:1019发布:2020-12-05

专利汇可以提供作为有机半导体的硫代硫酸芳香二酰亚胺以及使用它们的器件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了硫代硫 酸化 的稠环(芳香)酰亚胺和二酰亚胺,能够表现出合乎需要的 电子 特性,并且可具有加工优势,包括溶液-可加工性和/或在环境条件下好的 稳定性 。,下面是作为有机半导体的硫代硫酸芳香二酰亚胺以及使用它们的器件专利的具体信息内容。

1.一种具有如下化学式的化合物:
其中:
R1和R2独立地选自H、C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-40环烷基,其中所述C1-40烷基和C1-40卤代烷基可选择地被1-5个独立地选自–CN、NO2、–SO3H、-N(R0)3+、–COR0和–COOR0中的取代基所取代;所述C2-40烯基和所述C2-40炔基可选择性地被1-5个独立地选自卤素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R0)3+、–COR0和–COOR0中的取代基所取代;所述C3-40环烷基可选择地由1-5个独立地选自卤素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R0)3+、–COR0、–COOR0、C1-40烷基和C1-40卤代烷基中的取代基所取代,其中每个R0均独立地为H或C1-40烷基;
R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10中的每一个均独立地选自H、F、Cl、Br、CN、NO2,和C1-6卤代烷基;
Z1、Z2、Z3和Z4独立地选自O、S和Se,条件是Z1、Z2、Z3和Z4中的至少一个为S或Se;以及
m为0、1或2。
2.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物选自:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4
其中R、R、R、R、R、R、R、R、R、R 、Z、Z、Z 和Z 如在权利要求1中所限定的。
3.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
R、R、R、R、R、R、R、R、R 和R 如在权利要求1中所限定的。
4.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1 2 4 5 8 9
其中R、R、R、R、R 和R 如在权利要求1中所限定的。
5.根据权利要求4所述的化合物,其中:
4 5 8 9
R、R、R 和R 中的每一个均为H;
4 5 8 9 4 5 8 9
R、R、R 和R 中的两个为H,并且R、R、R 和R 中的另外两个选自F、Cl、Br和CN;或
4 5 8 9 4 5 8 9
R、R、R 和R 中的两个为CN,并且R、R、R 和R 中的另外两个选自F、Cl、和Br。
6.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1 2 4 5 8
其中R、R、R、R 和R 如在权利要求1中所限定的。
7.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1 2
其中R 和R 如在权利要求1中所限定的。
8.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1 2
其中R 和R 如在权利要求1中所限定的。
9.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
其中R1和R2如在权利要求1中所限定的。
10.根据权利要求1所述化合物,其中所述化合物具有如下化学式:
1 2
其中R 和R 如在权利要求1中所限定的。
1 2
11.根据权利要求1-10中任一项所述的化合物,其中R 和R 选自C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-8环烷基。
1 2
12.根据权利要求1-11中任一项所述的化合物,其中R 和R 选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基,和支链C3-40卤代烷基。
13.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
其中R1a、R1b、R2a和R2b独立地为C1-20烷基或C1-20卤代烷基。
14.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1a 1b 2a 2b
其中R 、R 、R 和R 独立地为C1-20烷基或C1-20卤代烷基。
1a 1b 2a 2b
15.根据权利要求13或14所述的化合物,其中R 和R 不同,并且R 和R 不同。
1a 1b
16.根据权利要求13-15中任一项所述的化合物,其中R 和R 中的一个为CH3,并且
2a 2b
R 和R 中的一个为CH3。
1a 1b
17.根据权利要求13-15中任一项所述的化合物,其中R 和R 中的一个为–CH2CH3,
2a 2b
并且R 和R 中的一个为–CH2CH3。
18.根据权利要求1所述的化合物,其中所述化合物具有如下化学式:
其中:
1 2
R 和R 选自C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-8环烷基;以及
3 4 9 10
R、R、R 和R 中的每一个均为H;或者
3 4 9 10 3 4 9 10
R、R、R 和R 中的两个为H,并且R、R、R 和R 中的另外两个选自F、Cl、Br和CN;
或者
3 4 9 10 3 4 9 10
R、R、R 和R 中的两个为CN,并且R、R、R 和R 中的另外两个选自F、Cl、和Br。
19.根据权利要求18所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
1 2
其中R 和R 如在权利要求18中所限定的。
20.一种选自下述的化合物:
21.一种具有如下化学式的化合物:
其中:
1 2
X 和X 独立地为O、S或胺基;
1 2 3 4 1 2 3 4
Z、Z、Z 和Z 独立地选自O、S和Se,条件是Z、Z、Z 和Z 中的至少一个为S或Se;以及
3 4 5 6 7 8 9 10
R、R、R、R、R、R、R 和R 独立地选自H、吸电子基团和给电子基团。
22.根据权利要求21所述的化合物,其中所述化合物具有选自下述的化学式:
其中:
1 2
R 和R 选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基,和支链C3-40卤代烷基;和
4 5 9
R、R 和R 为独立选自F、Cl、Br、I、CN、CF3、CH2CF3和CF2CF3的吸电子基团,或者为独立选自C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基和C1-40烷基的给电子基团。
23.一种包含了溶解或分散在液体介质中的根据权利要求1-22中任一项所述的一或多种化合物的组合物。
24.根据权利要求23所述的组合物,其中所述液体介质包括有机溶剂中的至少一种。
25.根据权利要求23或24所述的组合物,所述组合物进一步包括一或多种添加剂。
26.根据权利要求25所述的组合物,其中所述添加剂独立地选自粘性调节剂、去垢剂、分散剂、粘合剂、相容剂、固化剂、引发剂、保湿剂、消泡剂、润湿剂、pH调节剂、杀菌剂抑菌剂
27.一种包括权利要求1-22中的一或多种化合物的半导体材料。
28.一种包括衬底和沉积在所述衬底上的权利要求27所述的半导体材料的复合物。
29.一种包括权利要求27所述的半导体材料的电子器件、光电器件或光学器件。
30.一种包括权利要求28所述的复合物的电子器件、光电器件或光学器件。
31.根据权利要求29或30所述的器件,其中所述器件选自有机场效晶体管、有机发光晶体管和有机光伏器件。
32.一种根据权利要求31所述的有机场效晶体管,其具有选自顶栅底接触构造、底栅顶接触构造、顶栅顶接触构造和底栅底接触构造的构造。
33.一种根据权利要求31或32所述的有机场效晶体管,包括介电材料,其中所述介电材料包括有机介电材料、无机介电材料或混合有机/无机介电材料。
34.一种根据权利要求31所述的有机光伏器件,包括与权利要求27所述的半导体材料邻接的p型半导体材料。
35.一种根据权利要求31所述的有机发光晶体管,具有选自顶栅底接触构造、底栅顶接触构造、顶栅顶接触构造和底栅底接触构造的构造。
36.一种制造权利要求29-35中任一项所述器件的方法,所述方法包括将权利要求
23-26中任一项所述的组合物沉积在衬底上。
37.根据权利要求36所述的方法,其中沉积所述组合物包括印刷、旋转涂覆、滴铸、区铸、浸沉涂布、刮板涂布和喷中的至少一种。
38.根据权利要求37所述的方法,其中所述印刷选自照相凹版印刷、喷墨印刷和柔版印刷。

说明书全文

作为有机半导体的硫代硫酸芳香二酰亚胺以及使用它们的

器件

[0001] 对相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2009年12月29日提交的美国临时专利申请第61/290,676号的优先权及其权益,该申请公开的全部内容被结合到本申请中作为参考。

背景技术

[0003] 有机半导体材料被广泛用于各种电子应用中,包括场效应晶体管、发光二极管和光电池。然而,对于生产在空气中处于标准操作条件下稳定的电子传输(n型)有机半导体仍然存有挑战。
[0004] 因此,在本领域中,对于能够应用到各种器件装置(包括但不限于补码电路有机发光二极管、有机光电池、电容器和传感器)中的新型的空气稳定的和溶液可处理的n型有机半导体化合物、组合物和材料仍然具有需要。发明内容
[0005] 根据上面所述,本发明提供了能够克服现有技术中的各种缺陷和缺点(包括上面所述的)的有机半导体和相关的器件。更具体地说,本发明提供了基于硫代硫酸化N-功能
化稠环(芳香环)酰亚胺的有机半导体化合物和材料。已经发现,本发明的化合物具有有用的电学特性,同时表现出一系列的能够适于溶液阶段加工的其他性质。
[0006] 一方面,本发明提供了具有如下化学式的化合物:
[0007]
[0008] 其中X1、X2、Z1、Z2、Z3、Z4、π-1和π-1'如在本申请中所限定的。还提供了相关的组合物、制品、结构、和包括在本申请中公开的化合物的器件以及制备和使用本发明的化合物的相关方法。
[0009] 根据下面的附图说明书实施例权利要求,前述事项以及本发明的其他特征和优势会得以更完整地理解。

附图说明

[0010] 应该理解,下述的附图仅用于示例的目的。所述附图并不一定按照比例,重点通常会放在说明本发明的原理上。附图并不意味以任何方式限制本发明的范围。
[0011] 图1示出了薄膜晶体管的四种不同的构型:底栅顶接触(a)、底栅底接触(b)、顶栅底接触(c)和顶栅顶接触(d);这其中的每一个均可被用于采用本发明的化合物。
[0012] 图2示出了体异质结型有机光伏器件(也称为太阳能电池)的一种代表性结构,所述光伏器件可采用一或多种本发明的化合物作为施主和/或受主材料。
[0013] 图3示出了有机发光器件的一种代表性结构,所述有机发光器件能够采用本发明的一或多种化合物作为电子传输和/或发射和/或空穴传输材料。
[0014] 图4示出了氯仿溶液中的(S,S)-PDI1MP(A),(S,S)-PDIS11MP(B),(S,S)-反式-PDIS21MP(C),(S,S)-顺式-PDIS21MP(D),(S,S)-PDIS31MP(E),和(S,S)-PDIS41MP(F)的光吸收谱。
[0015] 图5示出了作为薄膜的(S,S)-反式-PDIS21MP和顺式-PDIS21MP的光吸收谱。
[0016] 图6示出了作为薄膜的(S,S)-反式-PDIS21MP和顺式-PDIS21MP的X射线衍射数据。
[0017] 图7示出了(S,S)-反式-PDIS21MP的DSC自记温度图(10℃min-1)。
[0018] 图8示出了PDI2OD和反式-PDIS22OD(在四氢呋喃中,扫描速率20mV/s)的循环+
伏安图。工作电极对电极为Pt,参比电极为Ag/Ag。电解质为Bu4NPF6(0.1M)。
[0019] 图9示出了在氯仿溶液中的NDIS32EH(A)、顺式-NDIS22EH(B)、反式-NDIS22EH(C)、NDIS12EH(D)和NDI2EH(E)的吸光度数据。
[0020] 图10示出了底栅底接触构型中不同栅电压下(S,S)-反式-PDIS21MP的典型输出曲线。
[0021] 图11示出了底栅极底接触构型中(S,S)-反式-PDIS21MP的典型转移图。

具体实施方式

[0022] 本发明提供了多种硫代硫酸稠环(芳香)酰亚胺和二酰亚胺,以及与本发明的化合物有关的组合物、复合物、和/或器件。本发明的化合物能够表现出半导体特性,例如在场效元件中较高的载流子迁移率和/或较好的电流调制特性,在光伏器件中光吸收性/电
荷分离,和/或在发光器件中的电荷输送/重组/光发射。例如,本发明的化合物能够表
现出的特性例如在环境条件下出色的电荷传输特性、化学稳定性、低温可加工性、在一般溶剂中较大的溶解性,以及加工通用性(例如,通过各种溶液加工)。因此,场效应元件,例如采用了一或多种本发明的化合物作为半导体层的薄膜晶体管(TFTs)能够在环境条件下表
现出高性能,例如,显示出下列特性中的一或多种,包括较大的电子载流子迁移率、较低的阈值电压以及较高的电流开关比。类似地,其他基于有机半导体的器件,例如有机光伏器件(OPVs)、有机发光晶体管(OLETs),以及有机发光二极管(OLEDs),能够使用在本申请中描
述的有机半导体材料进行有效地制造。
[0023] 本发明同样提供了制备这种化合物和半导体材料,以及采用了在本申请中公开的化合物和半导体材料的各种组合物、复合物和器件的方法。
[0024] 在本申请的全文中,对于被描述为具有、包括或包含特定组分的组合物,或者对于被描述为具有、包括或包含特定的加工步骤的方法,意味着本发明的组合物也主要由或由所列举的组分所组成,本发明的所述方法也主要由或由所列举的加工步骤所组成。
[0025] 在本申请中,对于所述包含在所列举的成份或组分的表中和/或选自所列举的成份或组分的表中的成份或组分,应该理解为所述成份或组分可以是所列举出的成份或组分
中的任一种,或者能够选自两种或多种所列举出的成份或组分所组成的组。此外,应当理
解,在本申请中描述的组合物、仪器或方法的成份和/或特征能够以多种方式进行结合,并没有脱离本发明的精神和范围(不管是在本申请中明示或暗示的)。
[0026] 使用的术语“包括”、“包括了”、“具有”、“有”或“含有”,除非明确地另行声明,否则通常应该被理解为开放式及非限制性的。
[0027] 除非明确地另行声明,否则在本申请中使用的单数形式包括复数形式(反之亦然)。另外,除非明确地另行声明,否则对于在定量数值之前使用的术语“约”,本发明也包括了具体的定量数值本身。除非另行声明或推断,否则在本申请中使用的术语“约”指的是从标称值±10%的变动。
[0028] 应当理解,步骤的顺序或操作确定动作的顺序并不重要,只要本发明保持可操作即可。而且,两个或多个步骤或动作可同时进行。
[0029] 在本申请中使用的“稠环”或“稠环部分”指的是具有至少两个环的多环的环系统,其中至少一个环为芳香环,并且这种芳香环(环或杂环)与至少一个其他的环(可以是芳香环或非芳香环,碳环或杂环)具有一个共同的键。这些多环的环系统可以高度π-共轭,并且可包括多环芳香,例如具有如下化学式的嵌苯(rylenes)(或其含有一或多个杂原子的类似物):
[0030]
[0031] 其中a°可以是在0-3范围内的整数;六苯并苯(或其含有一或多个杂原子的类似物)的化学式为:
[0032]
[0033] 其中b°可以是在0-3范围内的整数;线性并苯(或其含有一或多个杂原子的类似物)的化学式为:
[0034]
[0035] 其中c°可以是在0-4范围内的整数。所述稠环部分可以根据本申请中的描述进行选择性地取代。
[0036] 在本申请中使用的“环状部分”可包括一或多个(例如,1-6个)碳环或杂环。所述环状部分可以是环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基(即,可以仅包括饱和键,或者可以包括一或多个与芳香性无关的不饱和键),每一个可以包括,例如,3-24个环上原子,并且可以根据本申请的描述进行选择性取代。在环状部分为“单环部分”的实施例中,所述“单环部分”可包括3-14元芳香环或非芳香环、碳环或杂环。单环部分可包括,例如,苯基或5-或6-元杂芳基,其中的每一个均可根据本申请中的描述进行选择性取代。在所述环状部分为“多环部分”的实施例中,所述“多环部分”可包括两个或更多个彼此稠合的环(即,共用一个共同的键)和/或通过螺原子或一或多个桥原子而彼此连接的环。多环部分可包括8-24元芳香环
或非芳香环、碳环或杂环,例如C8-24芳基或8-24元杂芳基,其中的每一个均可根据本申请中描述的进行选择性取代。
[0037] 在本申请中使用的“卤代”或“卤素”指的是氟代、氯代、溴代和碘代。
[0038] 在本申请中使用的“代”指的是双键氧(即,=O)。
[0039] 在本申请中使用的“烷基”指的是直链或支链的饱和烃基。烷基的示例包括甲基(Me)、乙基(Et)、丙基(例如,正丙基和异丙基)、丁基(例如,正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基)、戊基(例如,正戊基、异戊基、新戊基)、己基等等。在各种实施例中,烷基可具有1到40个碳原子(即,C1-40烷基),例如,1-20个碳原子(即,C1-20烷基)。在一些实施例中,烷基可具有1到6个碳原子,并且可被认为是“低链烷基”。低链烷基的示例包括甲基、乙基、丙基(例如,正丙基和异丙基)、丁基(例如,正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基)、戊基(例如,正戊基、异戊基、新戊基)和己基。在一些实施例中,烷基可根据本申请中的描述进行取代。烷基通常不被另一个烷基、烯基或炔基取代。
[0040] 在本申请中使用的“卤代烷基”指的是具有一或多个卤素取代基的烷基。在各种实施例中,卤代烷基可具有1到40个碳原子(即,C1-40卤代烷基),例如,1到20个碳原子(即,C1-20卤代烷基)。卤代烷基的示例包括CF3、C2F5、CHF2、CH2F、CCl3、CHCl2、CH2Cl、C2Cl5等等。全卤烷基,即,所有的氢原子均被卤素原子所取代的烷基(例如,CF3和C2F5),也被包括在“卤
0 0
代烷基”的定义之内。例如,C1-40的卤代烷基的化学式可以为-CzH2z+1-tXt,其中X 在每次均可以是F、Cl、Br或I,z是在1到40范围内的整数,t是在1到81范围内的整数,条件是t
小于或等于2z+1。非全卤烷基的卤代烷基可以根据本申请中的描述进行取代。
[0041] 在本申请中使用的“烷氧基”指的是-O–烷基。烷氧基的示例包括但不局限于甲氧基、乙氧基、丙氧基(例如,正丙氧基和异丙氧基)、叔丁氧基、戊氧基、己氧基等等。在所述-O–烷基中的烷基可根据本申请中的描述进行取代。
[0042] 在本申请中使用的“烷硫基”指的是–S–烷基(这在有时候可表示为–S(O)w-烷基,其中w为0)。烷硫基的示例包括但不局限于甲硫基、乙硫基、丙硫基(例如,正丙硫基和异丙硫基)、叔丁硫基、戊硫基、己硫基等等。在所述-S–烷基中的烷基可根据本申请中的描述进行取代。
[0043] 在本申请中使用的“芳基烷基”指的是–烷基–芳基,其中所述芳基烷基通过所述烷基,与所限定的化学结构进行共价连接。芳基烷基落入对-Y-C6-14芳基的定义之内,其中Y为在本申请中所限定的。芳基烷基的示例为苄基(–CH2-C6H5)。芳基烷基可以进行选择性取代,即,所述的芳基和/或烷基可根据本申请中公开的进行取代。
[0044] 在本申请中使用的“烯基”指的是具有一或多个碳-碳双键的直链或支链烷基。烯基的示例包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、丁二烯基、戊二烯基、己二烯基等等。所述一或多个碳-碳双键可以位于内部(例如在2-丁烯中)或位于端部(例如在1-丁
烯中)。在各种实施例中,烯基可具有2到40个碳原子(即,C2-40烯基),例如,2到20个碳原子(即,C2-20烯基)。在一些实施例中,烯基可根据本申请中的描述进行取代。烯基通常不被另一个烯基、烷基或炔基取代。
[0045] 在本申请中使用的“炔基”指的是具有一或多个碳-碳三键的直链或支链烷基。炔基的示例包括乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基等等。所述一或多个碳-碳三键可以位于内部(例如在2-丁炔中)或位于端部(例如在1-丁炔中)。在各种实施例中,炔基可具有2到40个碳原子(即,C2-40炔基),例如,2到20个碳原子(即,C2-20炔基)。在一些实施例中,炔基可根据本申请中的描述进行取代。炔基通常不被另一个炔基、烷基或烯基取代。
[0046] 在本申请中使用的“环烷基”指的是非芳香碳环基团,包括环化的烷基、烯基和炔基。在各种实施例中,环烷基可具有3到24个碳原子,例如,3到20个碳原子(例如,C3-14环烷基)。环烷基可以是单环(例如,环己基)或多环(例如,含稠环、桥环,和/或螺环系统),其中所述碳原子位于所述环系统的内部或外部。所述环烷基的任何合适的的环位置可以与所限定的化学结构以共价键连接。环烷基的示例包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环戊烯基、环己烯基、环已二烯基、环庚三烯基、降片基、降蒎基、降蒈烷基、金刚烷基,以及螺[4.5]癸基,以及它们的同系物、同分异构体等等。在一些实施例中,环烷基可根据本申请中的描述进行取代。
[0047] 在本申请中使用的“杂原子”指的是除碳或氢外的任何成份的原子,包括,例如,氮、氧、、硫、磷和硒。
[0048] 在本申请中使用的“环杂烷基”指的是含有选自O、S、Se、N、P和Si的至少一个环杂原子(例如,O、S和N)的非芳香环烷基,所述非芳香环烷基可选地含有一或多个双键或三键。环杂烷基可具有3到24个环上原子,例如,3到20个环上原子(例如,3-14元环杂烷基)。在环杂烷基环上的一或多个N、P、S或Se原子(例如,N或S)可以被氧化(例如,吗啉N-氧化物、硫代吗啉S-氧化物、硫代吗啉S,S-二氧化物)。在一些实施例中,环杂烷基的氮或磷原子可承受一个取代基,例如,氢原子、烷基、或其他的在本申请中描述的取代基。环杂烷基也可包括一或多个氧代基,例如氧代哌啶基、氧代恶唑烷基(oxooxazolidyl)、二氧代-(1H,3H)-嘧啶基、氧代-2(1H)-吡啶基等等。环杂烷基的示例包括,其中,吗啉基、硫代吗啉基、吡喃基、咪唑烷基、咪唑啉基、恶唑烷基、吡唑烷基、吡唑啉基、吡咯烷基、吡咯啉基、四氢呋喃基、四氢苯硫基、哌啶基、哌嗪基等等。在一些实施例中,环杂烷基可根据本申请中的描述进行取代。
[0049] 在本申请中使用的“芳基”指的是芳香单环烃环系统或多环环系统,其中两个或更多个芳烃环稠合在一起(即,具有共同的键)或至少有一个芳香单环烃与一或多个环烷基和/或环杂烷基环稠合。芳基在其环系统上可具有6到24个碳原子(例如,C6-20芳基),其可包括多个稠环。在一些实施例中,多环芳基可具有8到24个碳原子。所述芳基的任何合适
的的环位置可以与所限定的化学结构以共价键连接。仅具有芳香碳环的芳基的示例包括苯
基、1-萘基(二环)、2-萘基(二环)、蒽基(三环)、菲基(三环)、并五苯基(五环)及类似基团。
多环的环系统(其中至少有一个芳香碳环与一或多个环烷基和/或环杂烷基环所稠合)的
示例包括,其中,环戊烷的苯并衍生物(即,2,3-二氢化茚基,其属于5,6-二环的环烷基/
芳香环系统)、环己烷(即,四氢萘基,其属于6,6-二环的环烷基/芳香环系统)、咪唑啉(即,苯并咪唑啉基,其属于5,6-二环的环杂烷基/芳香环系统),以及吡喃(即,苯并吡喃基,其属于6,6-二环的环杂烷基/芳香环系统)。芳基其他的示例包括苯并二恶烷基、苯并间二
氧杂环戊烯基(benzodioxolyl)、苯并二氢吡喃基、二氢吲哚基等等。在一些实施例中,芳基可根据本申请中的描述进行取代。在一些实施例中,芳基可具有一或更多个卤素取代基,并且可被称作“卤代芳基”。全卤代芳基,即,所有的氢原子均被卤素原子所取代的芳基(例如,–C6F5),被包括在“卤代芳基”的定义之内。在有些实施例中,芳基由另一个芳基所取代,并可被称作联芳基。在所述联芳基中的每一个芳基均可根据本申请中公开的进行取代。
[0050] 在本申请中使用的“杂芳基”指的是芳香单环的环系统,含有至少一个选自氧(O)、氮(N)、硫(S)、硅(Si)和硒(Se)的环杂原子,或者指的是多环的环系统,其中在所述环系统中出现的至少一个环为芳香环,并且包括至少一个环杂原子。多环的杂芳基包括那些具
有两个或更多个稠合在一起的杂芳基环,以及那些具有与一或多个芳香碳环、非芳香碳环
和/或非芳香环杂烷基环稠合在一起的至少一个单环杂芳基环。杂芳基总体上来说可具
有,例如,5到24个环上原子,并且包括1-5个环杂原子(即,5-20元杂芳基)。所述杂芳基能够在可生成稳定结构的任何杂原子或碳原子上连接所限定的化学结构。通常,杂芳基环
不包含O-O、S-S或S-O键。然而,杂芳基中的一或多个N或S原子可以被氧化(例如,吡啶
N-氧化物、噻吩S-氧化物、噻吩S,S-二氧化物)。杂芳基的示例包括,例如,在下面示出的是5-或6-元单环和5-6元二环的环系统:
[0051]
[0052] 其中T为O、S、NH、N–烷基、N–芳基、N–(芳基烷基)(例如,N–苯甲基)、SiH2、SiH(烷基)、Si(烷基)2、SiH(芳基烷基)、Si(芳基烷基)2、或Si(烷基)(芳基烷基)。这类的杂芳基环的示例包括吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、嘧啶基、哒嗪基、吡嗪基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、异噻唑基、噻唑基、噻二唑基、异恶唑基、恶唑基、恶二唑基、吲哚基、异氮茚基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、2-甲基喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、喹唑啉基、苯并三唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并异噻唑基、苯并异呃唑基、苯并恶二唑基、苯并恶唑基、噌啉基、1H-吲唑基、2H-吲唑基、中氮茚基、异苯并呋喃基、萘啶基、酞嗪基、蝶啶基、嘌呤基、恶唑并吡啶基、噻唑并吡啶基、咪唑并吡啶基、呋喃并吡啶基、噻吩并吡啶基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡啶并哒嗪基、噻吩并噻唑基、噻吩并恶唑基、噻吩并咪唑基等等。杂芳基的进一步示例包括4,5,6,7-四氢吲哚基、四氢喹啉基、苯并噻吩并吡啶基、苯并呋喃并吡啶基等等。在一些实施例中,杂芳基可根据本申请中的描述进行取代。
[0053] 本发明的化合物可包括在本申请中限定的“二价基团”作为能够与两个其他基团形成共价键的连接基团。例如,本发明的化合物可包括二价C1-40烷基(例如,亚甲基)、二价C2-40烯基(例如,亚乙烯基)、二价C2-40炔基(例如,亚乙炔基)、二价C6-14芳基(例如,亚苯基)、二价3-14元环杂烷基(例如,亚吡咯烷基),和/或二价5-14元杂芳基(例如,亚噻吩基)。通常,化学基团(例如,-Ar-)由于在该基团的前后包括了两个键而被认为是二价。
[0054] 几百种最常用的取代基的供电子或吸电子的特性,反映了已经被测定、定量和公开的所有常见类别的取代基。供电子和吸电子特性的最常见的量化方式为依据哈米特σ
值。氢的哈米特σ值为零,而其他取代基的哈米特σ值的正向或负向增加与它们的吸电
子或供电子特性直接相关。具有负的哈米特σ值的取代基被认为是供电子,而具有正的哈
米特σ值的取代基被认为是吸电子。参见兰格氏化学手册第12版,麦格劳·希尔出版社,
1979,表3-12,第3-134到3-138页,列出了大量常见取代基的哈米特σ值,这些内容被结
合到本申请中作为参考。
[0055] 应该理解,在本申请中术语“电子受体基团”与“电子受体”和“吸电子基团”同义使用。特别是,“吸电子基团”(“EWG”)或“电子受体基团”或“电子受体”指的是如果在一个分子中占据相同位置的话,能够向其自身吸收比氢原子吸收的更多的电子的官能团。吸电子基团的示例包括但不局限于卤素或卤(例如,F、Cl、Br、I)、-NO2、–CN、-NC、–
0 + 0 + 0 0 0 0 0 0
S(R)2、-N(R)3、–SO3H、–SO2R、–SO3R、–SO2NHR、–SO2N(R)2、–COOH、–COR、–COOR、–
0 0 0
CONHR、–CON(R)2、C1-40卤代烷基、C6-14芳基、和5-14元缺电子杂芳基;其中R 为C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基、C1-40烷氧基、C6-14芳基、C3-14环烷基、3-14元环杂烷基、和5-14元杂芳基,它们中的每一种均可根据本申请中描述的进行选择性取代。
[0056] 应该理解,在本申请中术语“给电子基团”与“电子供体”同义使用。特别是,“给电子基团”或“电子供体”指的是如果在一个分子中占据相同位置的话,能够向其
邻近的原子提供比氢原子提供的更多的电子的官能团。给电子基团的示例包括-OH、–
0 0 0
OR、-NH2、-NHR、-N(R)2、5-14元富电子杂芳基、C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40烷氧基,
0
其中R 为C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C6-14芳基或C3-14环烷基。
[0057] 各种未被取代的杂芳基可被称为富电子(或π-过度)或缺电子(或π-不足)。这种分类是基于每个环原子上的平均电子密度与苯环上碳原子的平均电子密度的比较。富电子系统的示例包括具有一个杂原子的5-元杂芳基,例如呋喃、吡咯和噻吩;以及它们的
苯并对应物,例如苯并呋喃、苯并吡咯和苯并噻吩。缺电子系统的示例包括具有一或多个
杂原子的6-元杂芳基,例如吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶;以及它们的苯并对应物,例如喹啉、异喹啉、喹喔啉、噌啉、酞嗪、1,5-二氮杂萘、喹唑啉、菲啶、吖啶和嘌呤。混合杂原子环可属于任一类,取决于环中所述一或多个杂原子的类型、数量和位置。参见Katritzky,A.R和
Lagowski,J.M.,杂环化学(John Wiley&Sons,纽约,1960)。
[0058] 在本说明书中的各个地方,取代基以组或范围进行公开。其明确意味着所述描述包括这些组和范围中的成员的每一种和每个个体的亚组合。例如,术语“C1-6烷基”明确意味着单独公开了C1、C2、C3、C4、C5、C6、C1-C6、C1-C5、C1-C4、C1-C3、C1-C2、C2-C6、C2-C5、C2-C4、C2-C3、C3-C6、C3-C5、C3-C4、C4-C6、C4-C5、和C5-C6烷基。其他的示例有,在0到40范围内的整数明确意味着分别公开了0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,
23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,和40,在1到20范围内的整数明确意味着分别公开了1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,和20。其他示例,包括短语“用1-5个取代基可选择地取代”,明确意味着分别地公开了能够包括0,
1,2,3,4,5,0-5,0-4,0-3,0-2,0-1,1-5,1-4,1-3,1-2,2-5,2-4,2-3,3-5,3-4,和4-5个取代基的化学基团。
[0059] 本申请中描述的化合物可包括不对称原子(也称之为手性中心),并且一些化合物可包括两个或更多个不对称原子或中心,这可能因此而形成旋光异构体(旋光对映体)和非对映异构体(几何同分异构体)。本发明包括这类的旋光异构体和非对映异构体,包括它们各自分解的对映体或非对映体纯化的同分异构体(例如,(+)或(-)立体异构体)及它们的外消旋混合物,以及旋光对映体和非对映异构体的其他混合物。在一些实施例中,旋光异
构体可在对映体富集或纯化形式中通过本领域技术人员已知的标准方法(例如包括,手性
分离、非对映体成盐、动学拆分和不对称合成)而获得。本发明也包括含烯基部分(例如,烯烃、偶氮和亚胺)的化合物的顺式和反式异构体。同样应该理解,本发明的化合物包含本发明的化合物所有可能的结构异构体的纯化态及其混合物。在一些实施例中,本发明的化
合物的制备可包括使用本领域技术人员已知的标准分离方法(例如,使用柱层析、薄层色谱法、模拟移动床色谱法和高效液相色谱中的一种或多种)对这些同分异构体进行分离。然
而,结构异构体的混合物可类似地应用到本申请中所描述的本发明中的和/或对于本领域
技术人员已知的每种单个结构异构体的使用上。
[0060] 除非明确地另行声明,否则明确认为对于单个立体异构体的描述包括了任意其他的立体异构体和任意的立体异构混合物。
[0061] 在本申请中使用的“离去基团”(“LG”)指的是,由于例如取代反应或消去反应而能够被置换生成稳定态的带电或不带电的原子(或原子基团)。离去基团的示例包括但不局限于卤素(例如,Cl、Br、I)、叠氮化物(N3)、硫氰酸盐(SCN)、硝基(NO2)、氰酸盐(CN)、(H2O)、(NH3)、和磺酸基(例如,OSO2–R,其中R可以是C1-10烷基或C6-14芳基,每一个均可选择地用选自C1-10烷基且吸电子基团的1-4个基团所取代)例如甲苯磺酸盐(甲苯磺酸盐,OTs)、甲磺酸盐(甲基磺酸盐,OMs)、对溴苯磺酸盐(p-溴苯磺酸盐,OBs)、硝苯磺酸盐(4-硝基苯磺酸盐,ONs),和三氟甲烷磺酸(三氟甲基磺酸盐,OTf)。
[0062] 在本申请中使用的“p型半导体材料”或“p型半导体”指的是具有作为多数载流子的空穴的半导体材料。在一些实施例中,当p型半导体材料沉积在衬底上时,其可提供超-5 2
过约10 cm/Vs的空穴迁移率。至于场效元件,p型半导体也可表现出大于约10的电流开
/关比。
[0063] 在本申请中使用的“n型半导体材料”或“n型半导体”指的是具有作为多数载流子的电子的半导体材料。在一些实施例中,当n型半导体材料沉积在衬底上时,其可提供超-5 2
过约10 cm/Vs的电子迁移率。至于场效元件,n型半导体也可表现出大于约10的电流开
/关比。
[0064] 在本申请中使用的“场效应迁移率”指的是对于载荷子,例如,在p型半导体材料情况下的空穴(或正电荷单元)以及在n型半导体材料情况下的电子,在电场的影响下通过所述材料移动时测量的速率。
[0065] 在本申请中使用的“溶液可加工的”指的是可在各种溶液相工艺中,包括旋转涂覆、印刷(例如,喷墨印刷、丝网印刷、压印、胶印、照相凹版印刷、橡皮版印刷、石印、大规模印刷等等)、喷涂、喷雾涂覆、滴落涂覆、浸渍涂覆和刮板涂布中使用的化合物、材料或组合物。
[0066] 在本说明书全文中,结构可能提供了或可能没有提供化学命名。对于名称出现问题之处,以其结构为准。
[0067] 一方面,本发明涉及到式I的化合物:
[0068]
[0069] 其中:
[0070] X1和X2独立地选自O、S和胺基;
[0071] Z1、Z2、Z3和Z4独立地选自O、S和Se,条件是Z1、Z2、Z3和Z4中的至少一个为S或Se;以及
[0072] π-1为可选择性地用1-4个吸电子基团进行取代的稠环部分。
[0073] 例如,本发明的化合物的化学式可选自如下:
[0074]
[0075] 以及它们的Se类似物(即,其中S原子由Se原子所替代),其中X1、X2和π-1如本申请中所定义的。
[0076] 为进一步图示,X1和X2可独立地选自O、S和胺基(-NR1或-NR2),因此,本发明的化合物的某些实施例的可具有选自下述的化学式:
[0077]
[0078]1 2
[0079] 其中R 和R 独立地选自H、C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-40环烷基,其中C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-40环烷基中的每一种可选择性地按照本申请中的描述进行取代。例如,C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基和C1-40卤代烷基中的每一种可选择性地用1-5个吸电子基团进行取代。吸电子基团的示例包括卤0 + 0 0 0
素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R)3、–COR、–COOR,和卤代烷基,其中R 每次均可独立地为H或烷基。另外,C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-40环烷基中的每一个可选择性地与酰亚胺氮原子通过任选的连接基团(L)进行共价连接。例如,所述任选的连接基c
团(L)可选自–Y-O–Y-、–Y-[S(O)w]–Y-、–Y-C(O)–Y-、–Y-[NRC(O)]–Y-、–Y-[C(O)c c c
NR]–、–Y-NR–Y-、–Y-[SiR2]–Y-,其中Y每次均独立地选自二价C1-40烷基、二价C2-40c
烯基、二价C1-40卤代烷基和共价键;R 选自H、C1-6烷基、C6-14芳基,和-C1-6烷基-C6-14芳基;
w为0、1或2。
[0080] 所述包含π-1的任选的取代稠环部分可以是,例如,萘嵌苯、六苯并苯或并苯,分别由如下化学式所代表:
[0081]
[0082] 其中m为0、1或2;n为0、1、2或3;以及R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10在每次均独3 4 5 6 7 8 9 10
立地为H或吸电子基团。例如,R、R、R、R、R、R、R 和R 在每次均可独立地选自H、卤素
0 + 0 0
(例如,F、Cl、Br、或I)、–CN、NO2、–SO3H、-N(R)3、–COR、–COOR 和C1-6卤代烷基(例如,
0
CF3、CF2CF3、或CH2CF3),其中R 在每次均可独立地为H或C1-6烷基(例如,CH3或CH2CH3)。
[0083] 在某些实施例中,所述任选的取代稠环部分可以是萘嵌苯,根据这些实施例的化合物可以由如下化学式所表示:
[0084]
[0085] 其中:
[0086] X1和X2独立地为O、S或胺基;
[0087] Z1、Z2、Z3和Z4独立地选自O、S和Se,条件是Z1、Z2、Z3和Z4中的至少一个为S或Se;
[0088] m为0、1或2;和
[0089] R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10独立地为H或在本申请中所限定的吸电子基团。
[0090] 在各种实施例中,本发明的化合物可具有苝(二萘嵌苯)的核,可由式Ia所表示:
[0091]1 2 1 2 3 4 3 4 5 6 7 8 9 10
[0092] 其中X、X、Z、Z、Z、Z、R、R、R、R、R、R、R 和R 如在本申请中所限定的。1 2 3 4
[0093] 例如,Z、Z、Z 和Z 可被限定至如下式所示:
[0094]1 2 3 4
[0095] 以及它们的Se类似物(即,S原子被Se原子所替代的化合物),其中X、X、R、R、5 6 7 8 9 10
R、R、R、R、R 和R 如本申请中所定义的。
1 2
[0096] 为进一步说明,X 和X 可被限定至如下式所示:
[0097]
[0098]
[0099] 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10如在本申请中所限定的。在具体的实施例3 4 5 6 7 8 9 10
中,R、R、R、R、R、R、R 和R 在每次均可独立地选自H、F、Cl、Br、CN、NO2和C1-6卤代烷基。
[0100] 在有些实施例中,X1和X2可分别为NR1和NR2,本发明的有些化合物可以由如下化学式所表示:
[0101]
[0102] 其中:1 2
[0103] R 和R 独立地选自H、C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-40环烷基,其中C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-40环烷基中的每一种可选择性地按照本申请中的描述进行取代;3 4 5 6 7 8 9 10
[0104] R、R、R、R、R、R、R 和R 在每次均可独立地选自H和吸电子基团(Ra)例如F、Cl、Br、CN、NO2,和C1-10卤代烷基;
1 2 3 4 1 2 3 4
[0105] Z、Z、Z 和Z 独立地选自O、S和Se,条件是Z、Z、Z 和Z 中的至少一个为S或Se;以及
[0106] m可以是0、1或2。
[0107] 例如,本发明的有些化合物可由如下化学式所表示:
[0108]
[0109] 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、Z1、Z2、Z3和Z4如在本申请中所限定的。
[0110] 在具体的实施例中,R3、R6、R7和R10可以为H。根据这些实施例的化合物可具有如下化学式:
[0111]
[0112] 其中R4、R5、R8和R9(即,四个桥位(bay position))可独立地为H或Ra,并且aRa、R1和R2如本申请中所限定的。例如,R 在每次均可独立地选自卤素、–CN、NO2、–
0 + 0 0 0
SO3H、-N(R)3、–COR、–COOR 和C1-6卤代烷基,其中R 在每次均可独立地为H或C1-6烷基。
在各种实施例中,上述苝化合物可以是用F、Cl、Br或CN进行(1,6-或1,7-)二取代的或四
4 5 8 9
取代的。例如,R、R、R 和R 中的每一个均独立地选自F、Cl、Br和CN。在具体的实施例
4 5 8 9 4 5 8 9
中,R、R、R 和R 中的两个可以为CN,而R、R、R 和R 中的另外两个可以选自F、Cl和Br。
4 5 8 9 4 5 8 9
在其它的实施例中,R、R、R 和R 中的两个可以为H,而R、R、R 和R 中的另外两个可以
4 5 8 9 4
选自F、Cl、Br和CN。例如,R 和R 中的一个可以为H,R 和R 中的一个可以为H,而R 和
5 8 9
R 中的另一个以及R 和R 中的另一个可以选自F、Cl、Br和CN。
[0113] 在一些实施例中,所述苝化合物可以具有未被取代的核。根据这些实施例的化合物可具有选自如下的化学式:
[0114]1 2 1
[0115] 其中R 和R 可以是H或如本申请中所描述的取代基。例如,在各种实施例中,R2
和R 可独立地为H或能够为化合物整体上提供改善的所需要性质的取代基。例如,含有一
或多个吸电子或供电子部分的有些取代基能够调节所述化合物的电子特性,而含一或多个
脂肪族链的取代基能够改善所述化合物在有机溶剂中的溶解性。
1 2
[0116] 因此,在有些实施例中,R 和R 可独立地为C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基和C1-40卤代烷基(例如,C3-40烷基、C4-40烯基、C4-40炔基和C3-40卤代烷基),其中这些基团中的每一1 2
个均可以是直链或支链的,并且均可根据本申请中描述的进行选择性取代。例如,R 和R
0 + 0 0
可独立地为由1-5个独立选自卤素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R)3、–COR 和–COOR 的取代
1 2
基进行选择性取代的C2-40烯基或炔基;或者R 和R 可独立地为由1-5个独立选自–CN、
0 + 0 0
NO2、–SO3H、-N(R)3、–COR 和–COOR 的取代基进行选择性取代的C1-40烷基或卤代烷基,
0 1 2
其中R 在每次均独立地为H或C1-40烷基。在有些实施例中,R 和R 可独立地选自C6-40烷
基、C6-40烯基、C6-40炔基和C6-40卤代烷基,其中的每一个均可以是直链或支链的,并且可根据
1 2
本申请中描述的进行选择性取代。在具体的实施例中,R 和R 可独立地为C6-40烷基、C6-40烯基或C6-40卤代烷基,这些可以是直链或支链的,并且可根据本申请中描述的进行选择性
1 2
取代。例如,R 和R 可独立地为由如下化学式所表示的支链C3-40烷基:
[0117]
[0118] 其中Ra和Rb独立地为直链或支链的C1-20烷基,q为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。1 2
在有些实施例中,R 和R 可独立地为支链C4-40烯基(类似于上面所定义的支链C3-40烷基,
1 2
但一或多个–CH2CH2基由–CH=CH–基所取代)。在有些实施例中,R 和R 可独立地为支
链C3-40卤代烷基(类似于上面所定义的支链C3-40烷基,但一或多个氢原子由卤素原子例如F所取代)。
[0119] 例如,R1和R2的具体示例可包括直链或支链的C1-40烷基和C2-40烯基,例如:
[0120]
[0121]
[0122] n-C6H13, n-C12H25,
[0123]
[0124] 在一些实施例中,R1和R2可独立地为由1-5个独立选自卤素、–CN、NO2、–0 + 0 0
SO3H、-N(R)3、–COR、–COOR、C1-40烷基和C1-40卤代烷基的取代基进行选择性取代的C3-40
0 1 2
环烷基,其中R 在每次均可独立地为H或C1-40烷基。例如,R 和R 可独立地为选择性取代
的C3-40环烷基,例如:
[0125]1 4
[0126] 为进一步说明,本发明的有些化合物在反式位置上被硫代硫酸化(即,Z=Z=S和2 3
Z=Z=O),其化学式可选自如下:
[0127]
[0128] 其中R1、R2、R4、R5、和R8如在本申请中所限定的。例如,R4、R5和R8中的每个均可以是独立选自F、Cl、Br、I、CN、CF3、CH2CF3和CF2CF3的吸电子基团。这些实施例的具体示例可包括:
[0129]
[0130]
[0131] 其中R1和R2可选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基和支链C3-40卤代烷基,这些中的每一个均可根据本申请中描述的进行选择性取代。
[0132] 在一些实施例中,本发明的化合物的化学式可选自如下:
[0133]
[0134] 包括其立体异构体,例如:
[0135]1a 1b 2a 2b 1a
[0136] 其中R 、R 、R 和R 可独立地为C1-20烷基或C1-20卤代烷基。在有些实施例中,R1b 2a 2b 1a 1b 2a 2b
可以与R 不同,R 可以与R 不同。在有些实施例中,R 和R 中的一个,以及R 和R 中
1a 1b 2a 2b
的一个可以为CH3,而R 和R 中的另一个以及R 和R 中的另一个可以为C2-20烷基,例如
1a 1b 2a 2b
C4-20烷基。在有些实施例中,R 和R 中的一个,以及R 和R 中的一个可以为–CH2CH3,
1a 1b 2a 2b
而R 和R 中的另一个以及R 和R 中的另一个可以为C4-20烷基。
[0137] 在一些实施例中,本发明的化合物的化学式可选自如下:
[0138]
[0139] 包括其立体异构体,例如:
[0140]1a 1b 2a 2b 1a
[0141] 其中R 、R 、R 和R 可独立地为C1-20烷基或C1-20卤代烷基。在有些实施例中,R1b 2a 2b 1a 1b 2a 2b
可以与R 不同,R 可以与R 不同。在有些实施例中,R 和R 中的一个,以及R 和R 中
1a 1b 2a 2b
的一个可以为CH3,而R 和R 中的另一个以及R 和R 中的另一个可以为C2-20烷基,例如
1a 1b 2a 2b
C4-20烷基。在有些实施例中,R 和R 中的一个,以及R 和R 中的一个可以为–CH2CH3,
1a 1b 2a 2b
而R 和R 中的另一个以及R 和R 中的另一个可以为C4-20烷基。
[0142] 在各种实施例中,本发明的化合物可具有萘的核,可由式Ib所表示:
[0143]
[0144] 其中:
[0145] X1和X2独立地为O、S或胺基;
[0146] Z1、Z2、Z3和Z4独立地选自O、S和Se,条件是Z1、Z2、Z3和Z4中的至少一个为S或Se;以及
[0147] R3、R4、R9和R10可独立地为H或Ra,其中Ra在每次可独立地选自卤素、–CN、NO2、–0 + 0 0 0
SO3H、-N(R)3、–COR、–COOR 和C1-6卤代烷基,其中R 在每次可独立地为H或C1-6烷基。
[0148] 例如,Z1、Z2、Z3和Z4可被定义为如下化学式所示出的:
[0149]1 2 3 4
[0150] 以及它们的Se类似物(即,S原子被Se原子所替代的化合物),其中X、X、R、R、9 10 1 2 3
R 和R 如本申请中所定义的。在有些实施例中,Z 可以是S或Se;Z 可以是O;以及Z 和
4
Z 可独立地选自O、S和Se。
1 2
[0151] 为进一步说明,X 和X 可被定义为如下化学式所示的:
[0152]1 2 3 4 9 10 3 4 9
[0153] 其中R、R、R、R、R 和R 如在本申请中所限定的。在具体的实施例中,R、R、R10
和R 在每次均可独立地选自H、F、Cl、Br、和CN。
1 2 1 2
[0154] 在有些实施例中,X 和X 可分别为NR 和NR,根据这些实施例的化合物的化学式可选自如下:
[0155]
[0156] 其中R1和R2可以是H或取代基,R3、R4、R9和R10如本申请中所描述的。例如,在1 2
各种实施例中,R 和R 可独立地为H或能够为化合物整体上提供改善的所需要性质的取代
基。例如,含有一或多个吸电子或供电子部分的有些取代基能够调节所述化合物的电子特
性,而含一或多个脂肪族链的取代基能够改善所述化合物在有机溶剂中的溶解性。
[0157] 因此,在有些实施例中,R1和R2可独立地为C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基和C3-40卤代烷基(例如,C3-40烷基、C4-40烯基、C3-40炔基和C3-40卤代烷基),其中这些基团中的每一1 2
种均可以是直链或支链的,并且均可根据本申请中描述的进行选择性取代。例如,R 和R
0 + 0 0
可独立地为由1-5个独立选自卤素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R)3、–COR 和–COOR 的取代
1 2
基进行选择性取代的C2-40烯基或炔基;或者R 和R 可独立地为由1-5个独立选自–CN、
0 + 0 0
NO2、–SO3H、-N(R)3、–COR 和–COOR 的取代基进行选择性取代的C1-40烷基或卤代烷基,
0 1 2
其中R 在每次可独立地为H或C1-40烷基。在有些实施例中,R 和R 可独立地选自C6-40烷
基、C6-40烯基、C6-40炔基和C6-40卤代烷基,其中的每一个可以是直链或支链的,并且可根据本
1 2
申请中描述的进行选择性取代。在具体的实施例中,R 和R 可独立地为C6-40烷基、C6-40烯基或C6-40卤代烷基,这些可以是直链或支链的,并且可根据本申请中描述的进行选择性取
1 2
代。例如,R 和R 可独立地为由如下化学式所表示的支链C3-40烷基:
[0158]
[0159] 其中Ra和Rb独立地为直链或支链的C1-20烷基,q为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。1 2
在有些实施例中,R 和R 可独立地为支链C4-40烯基(类似于上面所定义的支链C3-40烷基,
1 2
但一或多个–CH2CH2基由–CH=CH–基所取代)。在有些实施例中,R 和R 可独立地为支
链C3-40卤代烷基(类似于上面所定义的支链C3-40烷基,但一或多个氢原子由卤素原子例如F所取代)。
[0160] 例如,R1和R2的具体示例可包括直链或支链的C1-40烷基和C2-40烯基,例如:
[0161]
[0162]
[0163] n-C6H13, n-C12H25,
[0164]
[0165] 在一些实施例中,R1和R2可独立地为由1-5个独立选自卤素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R0)3+、–COR0、–COOR0、C1-40烷基和C1-40卤代烷基的取代基进行选择性取代的C3-40环烷基,其中R0在每次可独立地为H或C1-40烷基。例如,R1和R2可独立地为选择性取代的
C3-40环烷基,例如:
[0166]3 4 9 10
[0167] 在各种实施例中,式Ib的化合物可具有未被取代的萘核(即,R、R、R 和R 中的每一个均为H)或单取代、二取代、三取代或四取代的萘核。在一些实施例中,上述萘化合物
3 4 9 10
可以是用F、Cl、Br、或CN进行二取代的或四取代的。例如,R、R、R 和R 中的每一个均可
3 4 9 10 3 4
独立地选自F、Cl、Br和CN。在有些实施例中,R、R、R 和R 中的两个可以为CN,而R、R、
9 10 3 4 9 10
R 和R 的另外两个可以选自F、Cl和Br。在其他实施例中,R、R、R 和R 中的两个可以
3 4 9 10 3 4
为H,而R、R、R 和R 中的另外两个可以选自F、Cl、Br和CN。例如,R 和R 中的一个可
9 10 3 4 9 10
以为H,R 和R 中的一个可以为H,而R 和R 中的另一个以及R 和R 中的另一个可以选
自F、Cl、Br和CN。
[0168] 在一些实施例中,所述萘化合物可以具有未被取代的核。根据这些实施例的化合物可具有选自如下的化学式:
[0169]
[0170]1 2
[0171] 其中R 和R 可选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基和支链C3-40卤代烷基,这些中的每一个均可根据本申请中描述的进行选择性取代。
[0172] 在一些实施例中,所述萘化合物可具有二取代的核,并且在反式位置上被硫代硫1 4 2 3
酸化(即,Z=Z=S和Z=Z=O)。根据这些实施例的化合物可具有选自如下的化学式:
[0173]
[0174] 其中R1和R2可选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基和支链C3-40卤代烷基,这些中的每一个均可根据本申请中描述的进行选择性取代。
[0175] 在各种实施例中,本发明的化合物可由式Ic所表示:
[0176]
[0177] 其中:
[0178] X1和X2可独立地为O、S或胺基(即,分别为NR1和NR2);
[0179] Z1、Z2、Z3和Z4可独立地选自O、S和Se,条件是Z1、Z2、Z3和Z4中的至少一个为S或Se;以及
[0180] R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10如在本申请中所限定的。
[0181] 在一些实施例中,式Ic的化合物可具有未被取代的六苯并苯核(即,R3、R4、R5、R6、R7、R9和R10中的每一个均为H)或单取代、二取代、三取代或四取代的六苯并苯核。在一些实施例中,上述六苯并苯化合物可以是用F、Cl、Br、或CN进行二取代的或四取代的。例如,R4、R5、R8和R9中的每一个均可独立地选自F、Cl、Br和CN。在有些实施例中,R4、R5、R8和R9中的两个可以为CN,而R4、R5、R8和R9中的另外两个可以选自F、Cl和Br。在其它的实施例中,R4、R5、R8和R9中的两个可以为H,而R4、R5、R8和R9中的另外两个可以选自F、Cl、Br和CN。例如,R4和R5的一个可以为H,R8和R9中的一个可以为H,而R4和R5中的另一个以及R8和R9中的另一个可以选自F、Cl、Br和CN。
[0182] 在有些实施例中,式Ic的化合物的化学式可选自如下:
[0183]
[0184] 其中R1和R2可选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基和支链C3-40卤代烷基,这些中的每一个均可根据本申请中描述的进行选择性取代;并且R4、R5和R9中的每一个均可为独立选自F、Cl、Br、I、CN、CF3、CH2CF3和CF2CF3的吸电子基团。
[0185] 虽然如本申请中所描述的,在大多数实施例中的本发明的化合物的核可以是未被取代的或由一或多个吸电子基团进行选择性取代的,但本发明也包括本发明的化合物的核
中由一或多个给电子基团所取代的六苯并苯化合物。例如,本发明的有些化合物可由如下
化学式所表示:
[0186]
[0187] 其中:11 12 1 2
[0188] X 和X 可独立地为O、S或胺基(即,分别为NR 和NR);11 12 13 14 11 12 13 14
[0189] Z 、Z 、Z 和Z 可独立地选自O、S和Se,条件是Z 、Z 、Z 和Z 中的至少一个为S或Se;
23 24 25 26 27 28 29 30
[0190] R 、R 、R 、R 、R 、R 、R 和R 可以是H或给电子基团,例如C1-40烷基、C2-40烯23 24 25 26 27 28 29 30
基、C2-40炔基或C1-40烷氧基,条件是R 、R 、R 、R 、R 、R 、R 和R 中的至少一个为给电子基团;以及
1 2
[0191] R 和R 如在本申请中所定义的。
[0192] 例如,本发明的有些化合物可由如下化学式所表示:
[0193]
[0194] 其中R1和R2可选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基和支链C3-40卤代烷基,这些中的每一个均可根据本申请中描述的进行4 5 9
选择性取代;并且R、R 和R 中的每一个均可为独立选自C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基和C1-40烷氧基的给电子基团。
[0195] 式I(包括式Ia、Ib和Ic)的示例性化合物包括:
[0196]
[0197]
[0198]
[0199]
[0200] 另一方面,本发明涉及到式Ⅱ的化合物:
[0201]
[0202] 其中:
[0203] X1可选自O、S和胺基;
[0204] Z1和Z2独立地选自O、S和Se,条件是Z1和Z2中的至少一个为S或Se;以及
[0205] π’-1可以为用1-4个吸电子基团进行可选择性地取代的稠环部分。
[0206] 例如,包括π’-1的可选择性取代的稠环部分可以为可选择性取代的萘部分或可选择性取代的苝部分。在一些实施例中,式Ⅱ化合物的化学式可以为:
[0207]
[0208] 其中:1
[0209] R 如本申请中所限定的;13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 a a
[0210] R 、R 、R 、R 、R 、R 、R 、R 、R 和R 可独立地选自H或R,其中R 为本申请中所限定的吸电子基团;以及
1 2
[0211] Z 和Z 如在本申请中所限定的。
[0212] 在具体的实施例中,式Ⅱ化合物的化学式可以为:
[0213]
[0214] 其中R1可选自直链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支链C4-40烯基和支链C3-40卤代烷基,这些中的每一个均可根据本申请中描述的进行选择性取代;并且R14、R15、R18、R19,R21和R22可独立选自H、F、Cl、Br和CN。
[0215] 举例来说,根据本发明的化合物可根据下面的方案1中所列的步骤进行制备。
[0216] 方案1
[0217]
[0218] 参考上面的方案1,四羧基二酰亚胺可与劳森试剂反应,生成各种式Ⅰ的化合物。例如,苝四羧基二酰亚胺(PDI)可通过起初将对应的酸酐进行胺化,然后与劳森试剂
反应而获得。式Ⅱ的化合物可类似地从适当的二羧基酰亚胺开始进行制备。另外,其他的
1,3,2,4-二硫杂二磷杂环丁烷-2,4-二硫化物可用于代替所述劳森试剂。例如,戴维试剂,其用–S–CH3基团代替了劳森试剂中的p-甲氧苯基基团,也可用五硫化亚磷、六甲基二硅
硫烷、硫代磷酰氯或元素硫(S8)代替。
[0219] 根据Ic的六苯并苯化合物可根据下面的方案2中所列的步骤进行制备。在示出1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
的方案中,R 和R 中的每一个为2-辛基十二烷基基团,并且R、R、R、R、R、R、R 和R 中
的每一个均为H。
[0220] 方案2
[0221]
[0222]
[0223]
[0224] 如所示出的,溴化苝四羧基二酐(PDA-Br2)可首先与适当的胺反应,生成所需的R12
和R 基团(这里为2-辛基十二烷基基团)。分子内的狄尔斯-阿尔得环加成可通过将生成的二酰亚胺(PDI2OD-Br2)与丙炔酸乙酯反应,继而与1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯
(DBU)反应而实现。与,例如氢氧化(KOH)反应,然后加热,使得脱去乙酸乙酯基团。
[0225] 可选择地,本发明的化合物可由商业上可获得的起始物料、文献中已知的化合物,或由其他容易制备的中间体,利用本领域技术人员所知的标准合成方法和工艺进行制备。制备有机分子和官能团转换和操作的标准合成方法和工艺可很容易地从相关的科学文献
或从本领域的标准教科书中获得。需要理解的是,典型的或优选的工艺条件(即,反应温度、时间、反应物摩尔比、溶剂、压力等等)已给出,除非另作说明,否则也可利用其它的工艺条件。最佳反应条件可随使用的具体的反应物或溶剂而改变,但这种条件可由本领域技术人
员根据常规的优化过程而确定。有机合成领域的普通技术人员可以意识到,为优化本申请
中所描述的化合物的生成,呈现的合成步骤的性质和顺序可进行改变。
[0226] 本申请中描述的过程可根据本领域已知的任何合适的方法进行监测。例如,产品1 13
的生成可通过光谱法,例如核磁共振波谱法(NMR,例如,H或 C)、红外光谱法(IR)、分光光度法(例如,紫外线-可见)、质谱分析(MS),或通过色谱法,例如高压液相层析(HPLC)、气相色谱法(GC)、凝胶-渗透色谱法(GPC)或薄层色谱法(TLC)而进行监测。
[0227] 本申请中所描述的反应或过程可以在合适的溶剂中进行,所述合适的溶剂可以由有机合成领域的普通技术人员很容易地选择出。合适的溶剂一般在反应所进行的温度下基
本上不与所述反应物、中间体和/或产物进行反应,即,温度可以在从所述溶剂的凝固温度到所述溶剂的沸点温度之间。所给出的反应可以在一种溶剂或多于一种溶剂的混合物中进
行。根据具体的反应步骤,可以选择适于具体反应步骤的合适的溶剂。
[0228] 在一些实施例中,本发明可包括利用本领域技术人员已知的分离方法,将所述反1 4 2 3
式异构体(其中Z=Z=S和Z=Z=O)从所述顺式和反式外消旋混合物中进行的分离。例如,
所述反式异构体可通过盐的分步结晶、硅胶柱层析进行分离,和/或通过其他的色谱法技
术,例如薄层色谱法、快速层析和高压液相色谱法进行分离。实施这种分离方法的有用的溶剂的示例包括甲苯、二氯甲烷、氯仿、丙和各种烃类。
[0229] 本申请中公开的有些实施例可以在环境条件下是稳定的(“环境稳定”)并且可溶于常见的溶剂中。如在本申请中使用的,当使用所述化合物作为其半导体材料的晶体管(例如,有机薄膜晶体管,OTFT)表现出,当所述化合物暴露在环境条件(例如,空气、周围温度和湿度)下一段时间后的载流子迁移率维持在其最初测量值附近时,这种化合物可被认为是电学上“环境稳定”或“在环境条件下稳定”的。例如,如果采用了所述化合物的晶体管在超过3天、5天或10天时间暴露在环境条件(包括,空气、湿度和温度)下之后表现出的载流子迁移率与其最初值相比变化不超过20%或不超过10%,那么根据本发明的化合物可被称
作是环境稳定的。另外,如果所对应的薄膜在超过3天、5天或10天的时间暴露在环境条
件(包括空气、湿度和温度)下之后的光吸收值与其最初值相比变化不超过20%(优选不超过10%),那么该化合物可被认为是环境稳定的。
[0230] 如在本申请中使用的,当至少有0.1mg的化合物可溶解于1mL的所述溶剂中时,则所述化合物可被认为是可溶解于溶剂中。常见的有机溶剂的示例包括石油醚;乙腈;芳香
族烃(例如苯、甲苯、二甲苯、均三甲基苯和1-甲基萘);酮(例如丙酮和甲基乙基酮);醚(例如四氢呋喃、二氧六环、二(2-甲氧基乙基)醚、二乙醚、二异丙醚和叔丁基甲醚);醇(例如甲醇、乙醇、丁醇和异丙醇);脂族烃(例如己烷);酯(例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸异丙酯和醋酸丁酯);酰胺(例如二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺);亚砜(例如二甲亚砜);卤化的脂肪族和芳香族烃(例如二氯甲烷、氯仿、氯化乙烯、氯苯、二氯苯和三氯苯);
以及环状溶剂(例如环戊酮、环己酮和2-甲基吡咯烷酮)。在各种实施例中,本发明的化合物可在芳香族烃的溶剂(例如苯、甲苯、二甲苯、均三甲基苯和1-甲基萘)中具有较好的溶解性。
[0231] 基于本发明的化合物的OTFTs可在环境条件下具有长期的操作性和连续的高性能。例如,基于本发明的化合物的有些实施例的OTFTs能够在非常潮湿的环境下维持令人
满意的器件性能。本发明的化合物的某些实施例也能够在较宽范围的退火温度下表现出极
好的耐热性。光伏器件能够在更加长的期限内维持令人满意的能量转换效率。
[0232] 本发明的化合物可利用溶液加工技术,以及其他更加昂贵的加工方式(例如汽相淀积)制造进入各种制品中。各种溶液加工技术已经被用于有机电学中。常见的溶液加
工技术包括,例如,旋转涂覆、滴铸、区铸、浸沉涂布、刮板涂布,或喷。溶液加工技术的另一个示例为印刷。如在本申请中使用的,“印刷”包括非接触处理,例如喷墨印刷、微喷(microdispensing)等等,以及接触处理,例如丝网印刷、凹版印刷、胶版印刷、橡皮版印刷、石印、压印、微接触印刷等等。
[0233] 本发明的化合物可以单独使用或与其他化合物协同使用以制备半导体材料(例如,组合物和复合物),生成的半导体材料可进而被用于制造各种制品、结构和器件。在一些实施例中,采用了一或多种本发明的化合物的半导体材料可表现出n型半导体活性、p型半
导体活性、二极活性、光吸收和/或光发射。
[0234] 因此,本发明进一步提供了制备半导体材料的方法。所述方法可包括制备一种组合物,所述组合物包括溶解或分散于液体介质(例如溶剂或溶剂混合物)中的一或多种在本申请中公开的化合物;将所述组合物沉积在衬底上以生成半导体材料前体;以及将所述半
导体前体加工(例如,加热)生成包括了本申请中所公开的化合物的半导体材料(例如,以薄膜或薄膜半导体的形式)。在各种实施例中,所述液体介质可以是有机溶剂、无机溶剂(例如水)或其混合物。在一些实施例中,所述组合物可进一步包括一或多种添加剂,所述添加剂独立地选自粘性调节剂、去垢剂、分散剂、粘合剂、相容剂、固化剂、引发剂、湿润剂、消泡剂、润湿剂、pH调节剂、杀菌剂抑菌剂。例如,表面活性剂和/或聚合物(例如,聚苯乙烯、聚乙烯、聚-α-甲基苯乙烯、聚异丁烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等等)可被归入分散剂、粘合剂、相容剂和/或消泡剂中。在一些实施例中,所述沉积步骤可通过印刷而进行,包括喷墨印刷和各种接触印刷技术(例如,丝网印刷、照相凹版印刷、胶版印刷、压印、石印、橡皮版印刷和微接触印刷)。在其他实施例中,所述沉积步骤可由旋转涂覆、滴铸、区铸、浸沉涂布、刮板涂布或喷镀而进行。
[0235] 各种制品,包括电子装置、光学装置和光电设备,例如有机薄膜半导体、有机场效应晶体管(OFETs)(例如,有机薄膜晶体管(OTFTs))、有机光伏(OPVs)、有机发光器件(例如有机发光二极管(OLEDs)和有机发光晶体管(OLETs))、光电探测器、互补金属氧化物半导体(CMOSs)、互补倒相器、二极管、电容器、传感器、D触发器、整流器和环形振荡器等利用了本申请所公开的化合物的制品,以及生产该制品的方法均落入本发明的保护范围内。本发明的化合物在制造和/或使用这些器件时可提供加工与操作上的优势。
[0236] 例如,例如在本申请中描述的各种器件的制品可包括具有本发明的半导体材料的复合物和衬底组分和/或电介质组分。所述衬底组分可选自掺杂硅、氧化铟(ITO)、
ITO-涂覆的玻璃、ITO-涂覆的聚酰亚胺或其他塑料、或其他单独的金属或涂覆在聚合物
或其他衬底上的金属、掺杂质的聚噻吩等等。电介质组分可通过无机介电材料,例如各种
氧化物(例如,SiO2、Al2O3、HfO2),有机介电材料,例如各种聚合材料(例如,聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚卤乙烯、聚丙烯酸酯);以及自组装超晶格/自组装纳米电介质(SAS/SAND)材料(例如,如在Yoon,M-H.et al.,PNAS,102(13):4678-4682(2005)中所描述的,该文献公
开的全部内容被结合到本申请中作为参考),以及混合有机/无机介电材料(例如,在美国专利申请序列号为11/642,504中所描述的,这篇专利公开的全部内容被结合到本申请中
作为参考)而进行制备。在一些实施例中,所述电介质组分可包括在美国专利申请序列号
11/315,076、60/816,952和60/861,308中所描述的交联聚合物混合物,这些专利公开的
全部内容被结合到本申请中作为参考。所述复合物也可包括一或多个电接触。适合于源
电极、漏电极和栅电极的材料包括金属(例如,Au、Al、Ni、Cu)、透明传导氧化物(例如,ITO、IZO、ZITO、GZO、GIO、GITO)和导电聚合物(例如,聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy))。在本申请中描述的一或多种复合物可应用在各种有机电子、光学和光电设备上,例如有机薄膜晶体管(OTFTs),具体来说如有机场效应晶体管(OFETs),以及传感器、电容器、单极电路、补码电路(例如,倒相电路)等等。
[0237] 因此,本发明一方面涉及含本发明的半导体材料的有机场效应晶体管的制造方法。本发明的半导体材料可用于制造各种类型的有机场效应晶体管,包括顶栅顶接触电容
器构造、顶栅底接触电容器构造、底栅顶接触电容器构造和底栅底接触电容器构造。
[0238] 图1a-d示出了四种常见类型的OFET构造:(图1a)底栅顶接触构造1a、(图1b)底栅底接触构造1b、(图1c)顶栅底接触构造1c和(图1d)顶栅顶接触构造1d。如图1a-d中所示,OFET可包括介电层(例如,8,8',8″和8″′所示出的)、半导体层(例如,6,6',6″和
6″′所示出的)、栅接点(例如,10,10',10″和10″′所示出的)、衬底(例如,12,12',12″和12″′所示出的),以及源接点和漏接点(例如,2,2',2″,2″′,4,4',4″和4″′所示出的)。
[0239] 在有些实施例中,OTFT器件可用位于掺杂硅衬底上的本发明的化合物进行制造,在顶接触几何结构中使用SiO2作为电介质。在具体的实施例中,采用了本发明的至少一种
化合物的活性半导体层可在室温下或高温下进行沉积。在其他的实施例中,采用了本发明
的至少一种化合物的所述活性半导体层可通过如本申请中所描述的旋转涂覆或印刷进行
使用。对于顶接触装置,可使用荫罩将金属接点设置在薄膜顶端。
[0240] 在有些实施例中,OTFT器件可用位于塑料薄膜上的本发明的化合物进行制造,在顶栅底接触几何结构中使用聚合物作为电介质。在具体的实施例中,采用了本发明的至少
一种化合物的活性半导体层可在室温下或高温下进行沉积。在其他的实施例中,采用了本
发明的至少一种化合物的所述活性半导体层可通过如本申请中所描述的旋转涂覆或印刷
进行使用。栅极接点和源极/漏极接点可由Au、其他金属或导电聚合物所制成,并由蒸汽沉积和/或印刷进行沉积。
[0241] 使用了本发明的化合物的其他制品包括光电池或太阳能电池。本发明的化合物可表现出较宽的光学吸收和/或调谐的氧化还原特性和大载流子迁移率,使得它们合乎这
类应用的需要。因此,本申请中描述的化合物可在光电装置中被用作受主(n型)半导体或施主(p型)半导体,所述光电装置中包括邻接的分别为p型或n型的半导体材料,形成了p-n
连接。所述化合物可以是薄膜半导体的形式,其可沉积在衬底上形成复合物。在这种器件
中开发本发明的化合物属于本领域技术人员已知的知识。
[0242] 因此,本发明的另一方面涉及采用了本发明的一或多种半导体材料的有机发光晶体管、有机发光二极管(OLED)、或有机光伏器件的制造方法。图2示出了体异质结型有机光伏器件(也称为太阳能电池)的一种代表性结构,所述光伏器件可采用本发明的一或多种
化合物作为施主和/或受主材料。如同所示,代表性的太阳能电池通常包括阳极22(例如,ITO)、阴极26(例如,铝或),以及位于所述阳极和所述阴极之间的活性层24,活性层24可采用本发明的一或多种化合物作为衬底28(例如,玻璃)上的电子供体(p-通道)和/或电子受体(n-通道)材料。图3示出了OLED30的一种代表性结构,OLED 30能够采用本发明
的一或多种化合物作为电子传输和/或发射和/或空穴传输材料。如同所示,OLED通常包
括衬底(未示出)、透明阳极32(例如,ITO)、阴极40(例如,金属),以及一或多个有机层,所述有机层能够采用本发明的一或多种化合物作为空穴运输(n-通道)(如同层34所示)和/或发射(如同层36所示)和/或电子运输(p-通道)材料(如同层38所示)。
[0243] 提供了下列实施例以进一步说明并帮助对于本发明的理解,并不意味着对本发明任何形式的限制。
[0244] 实施例1:合成
[0245] 实施例1A:制备(S,S)-PDI1MP、(S,S)-PDIS11MP、(S,S)-反式-PDIS21MP、(S,S)-顺式-PDIS21MP、(S,S)-PDIS31MP和(S,S)-PDIS41MP
[0246]
[0247]
[0248] 13.5g(34.4mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、11.4g(113mmol)的(S)-(+)-2-氨基己烷(Alfa Aesar公司,99+%允许误差)以及130g咪唑的混合物在密封的容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温,然后用700mL的1,4-二氧六环
进行处理。所述混合物在环境温度下搅拌2小时然后过滤。滤饼用甲醇(100mL)和二乙醚
(100mL)连续洗涤。干燥滤饼,生成17.9g(93%收率)深红色粉末的(S,S)-PDI1MP。
[0249] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.62(d,4H,J=8.0),8.51(d,4H,J=8.0),5.32(m,2H),2.13
25(m,2H),1.98(m,2H),1.67(d,6H,J=6.9),1.44-1.24(m,8H),0.90(t,6H,J=7.1). C NMR(
CDCl3,125MHz):δ163.8,134.3,131.2,129.3,126.2,122.6,50.0,33.3,29.3,22.6,18.3,
14.0.
[0250] 5.0g(8.95mmol)的(S,S)-PDI1MP、10.0g(24.7mmol)的劳森试剂和100mL 1-甲基萘的混合物在油浴中在180℃下加热30分钟。所述混合物在水浴中降温并由快速层析进行纯化(SiO2,甲苯,7x40cm)。浓缩的产物部分与丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成硫代硫酸化产物。
[0251] 深蓝色固体的(S,S)-PDIS41MP(微量)。Rf0.92(TLC,甲苯)。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.96(m,4H),8.47(d,4H,J=8.0),6.74(m,2H),2.52(m,2H),2.22(m,2H),1.85(d,6H,J=6.9),1.38-1.26(m,8H),0.88(t,6H,J=6.9).
[0252] 深蓝色固体的(S,S)-PDIS31MP(~1%收率)。Rf0.83(TLC,甲苯)。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.10-8.40(m,8H),6.71(m,1H),6.36(m,1H),2.52(m,1H),2.35-2.20(m,2H),2.
05(m,1H),1.85(d,3H,J=6.9),1.68(d,3H,J=6.7),1.40-1.25(m,8H),0.90(t,3H,J=7.1),0
.87(t,3H,J=7.1).
[0253] 深紫色棱晶的(S,S)-反式-PDIS21MP(1.52g,29%收率)。Rf0.67(TLC,甲1
苯)。m.p.(DSC)339 ° C.H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.09(d,2H,J=8.4),8.67(d,2H,J=8.0
),8.60(d,2H,J=8.2),8.53(d,2H,J=8.5),6.34(m,2H),2.29(m,2H),2.07(m,2H),1.68(d
,6H,J=6.8),1.41-1.25(m,8H),0.89(t,6H,J=7.0).C36H34N2O2S2的分析计算为:C,73.19;
H,5.80;N,4.74.实测:C,72.94;H,5.76;N,4.74.
[0254] 深蓝色固体的(S,S)-顺式-PDIS21MP(20-30%的典型收率)。Rf0.50(TLC,甲1
苯)。H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.13(d,2H,J=8.4),8.71-8.65(m,4H),8.56(d,2H,J=8.5
),6.34(m,2H),2.30(m,2H),2.07(m,2H),1.67(d,6H,J=6.7),1.40-1.25(m,8H),0.89(t,6
H,J=7.0).C36H34N2O2S2的分析计算为:C,73.19;H,5.80;N,4.74.实测:C,73.39;H,5.99;
N,4.74.
[0255] 深紫色固体的(S,S)-PDIS11MP(<5%收率)。Rf0.23(TLC,甲苯)。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.13(d,1H,J=8.4),8.72-8.63(m,6H),8.55(d,1H,J=8.5),6.35(m,1H),5.32(m,1H),2.35-2.20(m,2H),2.07(m,1H),1.95(m,1H),1.67(d,3H,J=6.7),1.63(d,3H,J=6.9)
,1.40-1.25(m,8H),0.89(t,6H,J=7.1).
[0256] (S,S)-PDI1MP、(S,S)-PDIS11MP、(S,S)-反式-PDIS21MP、(S,S)-顺式-PDIS21MP、(S,S)-PDIS31MP和(S,S)-PDIS41MP的吸光度数据在表1中汇总出。
[0257] 表1.吸光度数据总结(氯仿溶液)
[0258]
[0259] 实施例1B:制备反式-PDIS21MHex和顺式-PDIS21MHex(外消旋和内消旋型混合物)[0260]
[0261]
[0262] 4.2g(10.7mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、4.1g(35.6mmol)的(+/-)-2-氨基庚烷(Aldrich公司),以及40g的咪唑的混合物在密封容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温,然后在70mL的1,4-二氧六环中进行研磨。所述混合物
冷却至室温并过滤。滤饼用180mL的1,4-二氧六环回流10分钟,冷却至室温,过滤,然后
用100mL的甲醇和两次的80mL二乙醚进行连续洗涤。干燥所述滤饼,生成4.8g(76%收率)
亮红色粉末的PDI1MHex。
[0263] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.68(d,4H,J=8.0),8.63(d,4H,J=8.0),5.30(m,2H),2.23(m,2H),1.94(m,2H),1.61(d,6H,J=7.5),1.42-1.20(m,12H),0.85(t,6H,J=8.0).
C38H38N2O4的分析计算为:C,77.79;H,6.53;N,4.77.实测:C,77.69;H,6.46;N,4.85.
[0264] 1.24g(2.1mmol)的PDI1MHex,2.3g(5.7mmol)的劳森试剂和25mL 1-甲基萘的混合物油浴下在180℃加热8分钟。所述混合物立即在水浴中降温并通过快速层析进行纯
化(SiO2,甲苯,5.5x40cm)。浓缩的产物部分用20mL的丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成180mg(14%收率)深紫色固体的反式-PDIS21MHex(外消旋和内消旋型混合物)。
[0265] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.97(m,2H),8.59(m,2H),8.45(m,2H),8.36(m,2H),6.30(m,2H),2.27(m,2H),2.07(m,2H),1.68(m,6H),1.47-1.23(m,12H),0.86(m,6H).
C38H38N2O2S2的分析计算为:C,73.75;H,6.19;N,4.53.实测:C,74.05;H,6.16;N,4.60.[0266] 分离顺式-PDIS21MHex(外消旋和内消旋型混合物)(180mg,14%收率),呈深紫色固体。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.89(m,2H),8.50(m,2H),8.33(m,2H),8.19(m,2H),6.29(m,2H),2.26(m,2H),2.08(m,2H),1.69(m,6H),1.46-1.24(m,12H),0.87(m,6H).C38H38N2O2S2的分析计算为:C,73.75;H,6.19;N,4.53.实测:C,74.01;H,6.00;N,4.62.
[0267] 实施例1C:制备(S,S)-反式-PDIS21MHex
[0268]
[0269] 4.5g(11.5mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、4.3g(37.3mmol)的(S)-(+)-2-氨基庚烷(Alfa Aesar公司,99+%允许误差)以及40g咪唑的混合物在密封容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温,然后在100mL的1,4-二氧六环中进
行研磨。所述混合物冷却至室温并过滤。滤饼用180mL的1,4-二氧六环回流10分钟,冷
却至室温,过滤,然后用100mL的甲醇和两次的80mL二乙醚进行连续洗涤。干燥滤饼,生成
5.9g(88%收率)亮红色粉末的(S,S)-PDI1MHex。
[0270] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.68(d,4H,J=7.5),8.63(d,4H,J=8.5),5.30(m,2H),2.22(m,2H),1.94(m,2H),1.61(d,6H,J=7.0),1.42-1.21(m,12H),0.85(t,6H,J=7.0).
C38H38N2O4的分析计算为:C,77.79;H,6.53;N,4.77.实测:C,78.10;H,6.55;N,4.91.
[0271] 1.61g(2.7mmol)的(S,S)-PDI1MHex、3.0g(7.4mmol)的劳森试剂和30mL 1-甲基萘的混合物油浴中在180℃下加热8分钟。所述混合物立即在水浴中降温并通过快速层析进行纯化(SiO2,甲苯,5.5x40cm)。浓缩的产物部分用20mL的丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成140mg(8%收率)深紫色固体(S,S)-反式-PDIS21MHex。
[0272] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.04(d,2H,J=8.5),8.64(d,2H,J=8.0),8.55(d,2H,J=8.0),8.47(d,2H,J=8.5),6.32(m,2H),2.27(m,2H),2.07(m,2H),1.67(d,J=7.0,6
H),1.45-1.24(m,12H),0.85(t,6H,J=7.5).C38H38N2O2S2的分析计算为:C,73.75;H,6.19;
N,4.53.实测:C,73.98;H,5.97;N,4.63.
[0273] 实施例1D:制备(R,R)-反式-PDIS21MHept
[0274]
[0275] 2.0g(5.10mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、2.1g(14.4mmol)的(R)-(-)-2-氨基庚烷(Alfa Aesar公司,99+%允许误差)以及30g咪唑的混合物在密封的容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温然后用100mL的二氧六环进行处理。
所述混合物在环境温度下搅拌然后过滤。滤饼用二氧六环(3x20mL),和二乙醚(3x20mL)连续洗涤。干燥滤饼,生成2.71g(87%收率)深红色粉末的(R,R)-PDI1MHept。
1
[0276] H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.68(d,4H,J=7.9),8.62(d,4H,J=8.1),5.31(m,2H),2.23(m,2H),1.95(m,2H),1.63(d,6H,J=6.9),1.40-1.25(m,16H),0.86(t,6H,J=7.0).
[0277] 2.08g(3.38mmol)的(R,R)-PDI1MHept、3.7g(9.15mmol)的劳森试剂和30mL 1-甲基萘的混合物油浴中在180℃下加热30分钟。所述混合物在水浴中降温并由快速层析进行纯化(SiO2,甲苯,7x40cm)。浓缩的产物部分用20mL的丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成545mg(25%收率)深紫色固体(R,R)-反式-PDIS21MHept。
1
[0278] H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.03(d,2H,J=8.4),8.63(d,2H,J=8.0),8.52(d,2H,J=8.1),8.44(d,2H,J=8.5),6.33(m,2H),2.27(m,2H),2.07(m,2H),1.70(d,6H,
J=6.7),1.44-1.25(m,16H),0.86(t,6H,J=6.9).C40H42N2O2S2 的 分 析 计 算 为:C,74.27;
H,6.54;N,4.33.实测:C,74.52;H,6.38;N,4.46.
[0279] 实施例1E:制备反式-PDIS21MHept
[0280]
[0281] 2.0g(5.10mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、2.0g(15.4mmol)的(+/-)-2-氨基辛烷(Alfa Aesar公司),以及30g咪唑的混合物在密封容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温然后用200mL的二氧六环进行处理。所述混合物在环境温
度下搅拌过夜然后过滤。滤饼用各100mL的二氧六环、甲醇、丙酮和二乙醚进行连续洗涤。
干燥所述滤饼,生成2.84g(91%收率)亮红色粉末的PDI1MHept。
1
[0282] H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.65(d,4H,J=7.9),8.57(d,4H,J=8.1),5.31(m,2H),2.23(m,2H),1.95(m,2H),1.63(d,6H,J=6.9),1.40-1.25(m,16H),0.86(t,6H,J=7.0).
[0283] 1.0g(1.63mmol)的PDI1MHept,1.85g(4.6mmol)的劳森试剂和15mL1-甲基萘的混合物油浴下在180℃加热30分钟。所述混合物立即在水浴中降温并通过快速层析进行纯
化(SiO2,甲苯,5.5x40cm)。浓缩的产物部分用20mL的丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成230mg(22%收率)深紫色固体的反式-PDIS21MHept。
1
[0284] H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.95(m,2H),8.59(m,2H),8.43(m,2H),8.34(m,2H),6.31(m,2H),2.29(m,2H),2.10(m,2H),1.70(m,6H),1.44-1.25(m,16H),0.87(m,6H).
C40H42N2O2S2的分析计算为:C,74.27;H,6.54;N,4.33.实测:C,74.52;H,6.29;N,4.61.[0285] 实施例1F:制备(S,S)-反式-PDIS21MO
[0286]
[0287] 2.0g(5.10mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、2.2g(15.4mmol)的(S)-(+)-2-氨基壬烷(Alfa Aesar公司,99+%允许误差)以及30g咪唑的混合物在密封的容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温然后用150mL的二氧六环进行处理。所述混合物在环境温度下搅拌2小时然后过滤。滤饼用甲醇(2x100mL),丙酮(2x100mL),和二乙醚(2x100mL)连续洗涤。干燥滤饼,生成3.05g(93%收率)深红色粉末的(S,S)-PDI1MO。
[0288] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.64(d,4H,J=7.9),8.55(d,4H,J=8.1),5.31(m,2H),2.23(m,2H),1.95(m,2H),1.64(d,6H,J=6.9),1.42-1.20(m,20H),0.85(t,6H,J=7.0).
[0289] 1.0g(1.56mmol)的(S,S)-PDI1MO、1.75g(4.33mmol)的劳森试剂和7mL 1-甲基萘的混合物油浴中在180℃下加热15分钟。所述混合物立即在水浴中降温并通过快速层析
进行纯化(SiO2,甲苯,5.5x40cm)。浓缩的产物部分用25mL的丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成240mg(23%收率)深紫色固体的(S,S)-反式-PDIS21MO。
[0290] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.07(d,2H,J=8.4),8.67(d,2H,J=8.0),8.58(d,2H,J=8.1),8.52(d,2H,J=8.5),6.33(m,2H),2.29(m,2H),2.06(m,2H),1.68(d,6H,
J=6.5),1.44-1.20(m,20H),0.85(t,6H,J=7.0).C42H46N2O2S2 的 分 析 计 算 为:C,74.74;
H,6.87;N,4.15.实测:C,74.98;H,6.62;N,4.23.
[0291] 实施例1G:制备反式-PDIS21EPr和顺式-PDIS21EPr
[0292]
[0293] 1.5g(3.8mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、1.0g(11.4mmol)的3-氨基戊烷(Aldrich公司)以及20g咪唑的混合物在密封的容器中在200℃下加热2小时。所述混合物稍微降温然后用100mL的二氧六环进行处理。所述混合物在环境温度下搅
拌2小时然后过滤。滤饼用甲醇(100mL),和二乙醚(100mL)连续洗涤。干燥所述滤饼,生成1.86g(92%收率)深红色针状结晶的PDI1EPr。
1
[0294] H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.69(d,4H,J=7.8),8.64(d,4H,J=8.1),5.09(m,2H),2.29(m,4H),1.97(m,4H),0.95(t,12H,J=7.5).
[0295] 0.374g(0.705mmol)的PDI1EPr,0.40g(1.41mmol)的戴维试剂和15mL邻二氯苯的混合物油浴下在180℃加热7分钟。所述混合物立即在水浴中降温并通过快速层析进行
纯化(SiO2,甲苯→二氯甲烷,5.5x40cm)。浓缩的产物部分用25mL的丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成107mg(27%收率)深紫色固体的反式-PDIS21EPr。
[0296] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.08(d,2H,J=8.4),8.67(d,2H,J=8.1),8.59(d,2H,J=8.1),8.52(d,2H,J=8.5),6.32(m,2H),2.35(m,4H),2.08(m,4H),0.98(t,12H,J=7.5).
C34H30N2O2S2的分析计算为:C,72.57;H,5.37;N,4.98.实测:C,72.65;H,5.33;N,5.06.[0297] 分离顺式-PDIS21EPr(104mg,26%收率),呈深紫色固体。
[0298] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.09(d,2H,J=8.3),8.66(d,2H,J=8.0),8.62(d,2H,J=8.1),8.49(d,2H,J=8.5),6.32(m,2H),2.35(m,4H),2.08(m,4H),0.98(t,12H,J=7.5).
C34H30N2O2S2的分析计算为:C,72.57;H,5.37;N,4.98.实测:C,72.82;H,5.42;N,5.20.[0299] 实施例1H:制备反式-PDIS21M3MB
[0300]
[0301] 1.3g(3.3mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、1.0g(9.8mmol)的1,3-二甲基丁胺(Aldrich公司)以及25g咪唑的混合物在密封的容器中在200℃下加热2
小时。所述混合物稍微降温,然后用100mL的1,4-二氧六环进行处理。所述混合物在环境
温度下搅拌2小时然后过滤。滤饼用甲醇(100mL),和二乙醚(100mL)连续洗涤。干燥所述滤饼,生成1.71g(93%收率)亮红色粉末的PDIS1M3MB。
1
[0302] H NMR(CDCl3,500MHz):δ0.88(dd,12H),1.45-1.55(m,8H),1.67(m,2H),2.14(m,2H),5.33(m,2H),8.49(d,4H,J=8.0Hz),8.56(d,4H,J=8.0Hz).
[0303] 0.40g(0.72mmol)的PDIS1M3MB,0.81g(2.00mmol)的劳森试剂和6mL 1-甲基萘的混合物油浴下在180℃加热30分钟。反应混合物在水浴中冷却至室温,通过快速柱层析
直接纯化(SiO2,甲苯)。浓缩产物部分用20mL丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成深紫色固体的反式-PDIS21M3MB(72mg,17%收率)。
1
[0304] H NMR(CDCl3,500MHz):δ0.87(d,12H,J=6.5Hz),1.48-1.60(m,8H),1.86(m,2H),2.13(m,2H),6.30(m,2H),8.43(d,2H,J=8.5Hz),8.49(d,2H,J=8.5Hz),8.56(d,2H,J=8
.5Hz),8.99(d,2H,J=8.5Hz).C36H34N2O2S2的分析计算为:C,73.19;H,5.80;N,4.74.实测:
C,73.21;H,5.69;N,4.69.
[0305] 实施例1I:制备反式-PDIS22OD
[0306]
[0307] 0.67g(1.71mmol)的苝-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、1.52g(5.11mmol)的2-辛基十二烷基胺、3mL的邻二甲苯,以及0.92g的咪唑(13.5mmol)的混合物在氮气氛中在180℃下搅动4小时。反应混合物冷却至室温,用甲醇(20mL)处理,生成的混合物用超
声处理10分钟。通过过滤收集固体产物,通过柱层析,在硅胶上用氯仿作为洗脱液进行纯
化,生成1.51g(93%收率)红色固体的PDI2OD。
[0308] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.56(d,4H,J=8.0),8.44(d,4H,J=8.0),4.13(d,4H,J=7.0),2.00(m,2H),1.49-1.18(m,64H),0.88-0.82(t,12H,J=6.5).C64H90N2O4的分析计算为:
C,80.79;H,9.53;N,2.94.实测:C,80.76;H,9.34;N,3.08.
[0309] 0.17g(0.19mmol)的PDI2OD,0.15g(0.37mmol)的劳森试剂和20mL甲苯的混合物回流18小时。所述混合物在真空中浓缩,由快速层析(SiO2,氯仿,3.5x40cm)进行纯化,生成45mg(25%收率)深紫色固体的反式-PDIS22OD。
[0310] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ8.60(d,2H,J=8.2),8.38(d,2H,J=7.9),8.08(d,2H,J=8.1),7.98(d,2H,J=8.4),4.60(d,4H,J=6.6),2.25(m,2H),1.60-1.10(m,64H),0.87(m,12
H).C64H90N2O2S2的分析计算为:C,78.15;H,9.22;N,2.85.实测:C,77.98;H,8.97;N,3.01.[0311] 表2.PDI2OD和反式-PDIS22OD的第一还原电位和相应的LUMO能
[0312]
[0313] 实施例1J:制备反式-PDIS21MP-CN2
[0314]
[0315] 0.175g(0.288mmol)的PDI1MP-CN2(1,6-氰化和1,7-氰化的同分异构体的混合物),0.18g(0.63mmol)戴维试剂和4mL邻二氯苯的混合物油浴下在180℃加热15
分钟。所述混合物在水浴中降温并由快速层析进行纯化(SiO2,氯仿,3x20cm)。浓缩的
产物部分用20mL甲醇进行超声处理、过滤并干燥,生成40mg(22%收率)黑色固体的反
式-PDIS21MP-CN2。
[0316] 1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.70-8.80(m,6H),6.21(m,2H),2.27(m,2H),2.04(m,2H),1.65(m,6H),1.40-1.19(m,8H),0.87(t,6H,J=7.0).C38H32N2O2S2的分析计算为:C,71.22;
H,5.03;N,8.74.实测:C,70.81;H,5.22;N,8.53.
[0317] 实施例1K:制备反式-NDIS2Cy和顺式-NDIS2Cy
[0318]
[0319] 3.1g(11.6mmol)的萘-3,4,9,10-四羧基二酐(Aldrich公司)、10mL(87mmol)的环己胺(Aldrich公司)以及40g咪唑的混合物在密封的容器中在185℃下加热30分钟。所述混合物稍微降温然后用200mL的丙酮进行处理。将所述混合物过滤,滤饼用各50mL的丙
酮洗涤三次并干燥,生成4.62g(93%收率)褐色粉末的NDICy。原料具有足够的纯度,使得
可以继续进行而不需要进一步的纯化。
[0320] 0.62g(1.44mmol)的NDICy,0.85g(3.0mmol)的戴维试剂和10mL 1-甲基萘的混合物油浴下在180℃加热10分钟。所述混合物立即在水浴中降温并通过快速层析进行纯
化(SiO2,含0.1%吡啶的甲苯,5.5x40cm)。产物从目标部分中结晶并被过滤,生成81mg(12%收率)色棱晶的反式-NDIS2Cy。
[0321] C26H26N2O2S2的分析计算为:C,67.50;H,5.66;N,6.06.实测:C,67.85;H,5.71;N,6.04.
[0322] 含顺式异构体的部分被浓缩干燥,用20mL丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成236mg(35%收率)褐色粉末的顺式-NDIS2Cy。
[0323] C26H26N2O2S2的分析计算为:C,67.50;H,5.66;N,6.06.实测:C,67.61;H,5.66;N,6.09.
[0324] 实施例1L:制备NDIS12EH、反式-NDIS22EH,顺式-NDIS22EH,NDIS32EH
[0325]
[0326] 2.00g(4.08mmol)的NDI2EH,2.70g(9.49mmol)的戴维试剂和100mL1,2-二氯苯的混合物油浴下在170℃加热10分钟。反应混合物在水浴中冷却至室温,通过快速柱层析
直接纯化(硅胶,氯仿:己烷(5:1,v/v)),得到硫化产物的纯化部分。
[0327] NDIS12EH,600毫克,29%收率,黄色固体。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ0.86-0.95(m,10H),1.28-1.43(m,18H),1.94(m,1H),2.17(m,1H),4.14(m,2H),4.73(m,2H),8.64(d,1H,J
=8.0Hz),8.74(q,2H),9.05(d,1H,J=8.0Hz).(C30H38N2O3S)的分析计算为:C,71.11;N,7.56;
H,5.53.实测:C,71.16;N,7.35;H,5.52.
[0328] 顺式-NDIS22EH,350毫克,16%收率,红色固体。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ0.86-0.94(m,10H),1.28-1.44(m,18H),2.17(m,2H),4.72(m,4H),8.74(s,2H),8.94(s,2H).
(C30H38N2O2S2)的分析计算为:C,68.93;N,7.33;H,5.36.实测:C,69.01;N,7.10;H,5.32.[0329] 反式-NDIS22EH,300毫克,14%收率,红色固体。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ0.88-0.9
4(m,10H),1.30-1.45(m,18H),2.19(m,2H),4.75(m,4H),8.66(d,2H,J=8.0Hz),9.07(d,2H,
J=8.0Hz).(C30H38N2O2S2)的分析计算为:C,68.93;N,7.33;H,5.36.实测:C,69.21;N,7.16;
H,5.31.
[0330] NDIS32EH,10毫克,0.5%收率,暗红固体。1H NMR(CDCl3,500MHz):δ0.87-0.93(m,10H),1.26-1.43(m,18H),2.18(m,1H),2.34(m,1H),4.74(m,2H),5.54(m,2H),8.62(d,1H,J
=8.0Hz),8.83(q,2H),8.94(d,1H,J=8.0Hz).(C30H38N2OS3)的分析计算为:C,66.87;N,7.11;
H,5.20.实测:C,65.31;N,6.82;H,4.83.
[0331] 实施例1M:制备SPDI-F
[0332]
[0333] 0.40g(0.53mmol)的PDI-F,0.8g(1.98mmol)的劳森试剂和100mL 1-甲基萘的混合物油浴下在180℃加热15分钟。反应混合物继而用0.5g的戴维试剂处理,搅拌15分
钟。反应混合物继而用另外的0.5g的戴维试剂处理,搅拌30分钟。所述混合物在水浴中
降温并由快速层析进行纯化(SiO2,甲苯,5.5x40cm)。浓缩产物部分用丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成黑色固体SPDI-F。
[0334] 实施例1N:制备反式-PDIS21MP-F2
[0335]
[0336] 1.20g(2.18mmol)的PDI1MP-Br2(作为1,6-溴化和1,7-溴化的同分异构体的混合物),1.5g(26.2mmol)氟化钾,0.58g(2.18mmol)的18-冠-6,和60mL二甲基亚砜的混合
物油浴下在160℃加热45分钟。所述混合物冷却至室温并倒入150mL的水。所述混合物搅
拌10分钟然后过滤。滤饼用水洗涤,然后用甲醇洗涤,直至洗涤物无色。所述固体然后由快速层析(硅胶,氯仿,4.5x25cm)进行纯化,生成0.60g(46%收率)亮橙色固体的PDI1MP-F2。
1H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.15(m,2H),8.71(d,2H),8.52(d,2H),5.29(m,2H),2.27(m,2H),
1.93(m,2H),1.63(m,6H),1.3-1.1(m,8H),0.87(t,6H,J=7.0).
[0337] 0.266g(0.447mmol)的PDI1MP-F2(作为1,6-氟化和1,7-氟化的同分异构体的混合物),0.55g(1.36mmol)劳森试剂和5mL 1甲基萘的混合物油浴下在180℃加热。所述混合
物搅拌5分钟,然后用0.25g劳森试剂进行处理。所述混合物搅拌5分钟,然后用0.25g劳
森试剂进行处理。所述混合物搅拌5分钟,然后在水浴中降温并由快速层析进行纯化(SiO2,氯仿,4.5x25cm)。浓缩的产物部分用20mL丙酮进行超声处理、过滤并干燥,生成黑色结晶
1
固体的反式-PDIS21MP-F2。H NMR(CDCl3,500MHz):δ9.20-8.40(m,6H),6.30(m,2H),2.30(
m,2H),2.05(m,2H),1.70-1.20(m,14H),0.89(t,6H,J=7.0).
[0338] 实施例1O:制备S-C2OD-C62
[0339]
[0340] 合 成PDI2OD-Br2:PDA-Br2(3.48g,6.33mmol)、2-辛 基 十 二 烷 基 胺 (5.65g,18.99mmol)、丙酸(7.9mL)和邻二甲苯(24.0mL)的混合物在140℃下于密封的烧瓶中加热
24小时。反应混合物继而被冷却至室温,在旋转蒸发仪上浓缩。粗混合物由快速柱层析(硅胶,氯仿)进行纯化,生成深红色固体的PDI2OD-Br2(4.91g,70%收率)。
[0341] 1H NMR(CDCl3500MHz):δ:9.51(d,2H,J=8.0Hz),8.95(s,2H),8.71(d,2H,J=8.0Hz),4.16(d,4H,J=7.0Hz),2.01(m,2H),1.25-1.42(m,64H),0.82-0.90(m,12H).
[0342] 合成PDI2OD-C6A2:在氮气下,向无水三乙胺(20mL)和甲苯(110mL)中的PDI2OD-Br2(2.44g,2.2mmol)、Pd(PPh3)4(0.24g,0.20mmol)和CuI(0.04g,0.20mmol)混合物中加入1-辛炔(1.00g,9.1mmol)。反应混合物在80℃下加热18小时,然后冷却至室温
并倒入水中。加入浓HCl(几滴),产物由CHCl3(3x50mL)进行萃取。将混合的部分用水洗
涤两次,在MgSO4上干燥。溶剂在减压下去除,残留物由柱层析(硅胶,CHCl3–戊烷)进行
纯化,生成暗红色固体(1.77g,69%)。
[0343] 1H NMR(CDCl3):δ9.97(d,J=7.9Hz,2H),8.66(s,2H),8.54(d,J=7.9Hz,2H),4.18(d,4H,J=7.1Hz),2.65(t,J=2.7Hz,4H),2.02(m,2H),1.8–1.1(m,80H),0.82-0.90(m,18H).
C80H114N2O4的分析计算为:C,82.28;H,9.84;N,2.40.实测:C,81.98;H,10.06;N,2.47.[0344] 合成C2OD-C62:在氮气下,将处于甲苯(150mL)中的PDI2OD-C6Ac2(1.57g,
1.34mmol)和1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU,1.6mL)的混合物加热到100℃。
搅拌20小时后,将混合物冷却至室温,用甲苯(50mL)稀释,用稀HCl(1N)洗涤两次,然后用水洗涤。溶剂在减压下去除,残留物由柱层析(硅胶,CHCl3-戊烷)进行纯化,生成黄色固
体(1.16g,74%)的产物。
[0345] 1H NMR(500MHz,CDCl3):d 9.57(s,2H),9.31(s,2H),8.30(s,2H),4.16(d,4H,J=7.1Hz),3.86(t,J=6.8Hz,4H),2.01(m,2H),1.9-1.1(m,80H),0.85-0.90(m,18H).C80H114N2O4的分析计算为:C,82.28;H,9.84;N,2.40.实测:C,82.36;H,9.77;N,2.05.
[0346] 合成S-C2OD-C62:50mL甲苯中的C2OD-C62(0.50g,0.43mmol)和劳森试剂(0.34g,0.84mmol)的混合物在氮气下加热回流18小时。将反应混合物冷却至室温,溶剂真空蒸发,生成暗色固体(通过硅胶过滤器过滤后为0.43g,),所述暗色固体由S-六苯并苯衍生物的
混合物(通过质谱分析鉴定)所组成。
[0347] MS(MALDI):C80H114N2O3S的计算为:1182.86;实测1183.01。C80H114N2O2S2的计算为:1198.83;实测1198.07。C80H114N2OS3的计算为:1214.81;实测1215.22。C80H114N2S4的计算为:1230.79;实测1231.51。
[0348] 实施例2:制备器件
[0349] 底栅底接触(BGBC)薄膜晶体管按照如下步骤进行制备:步骤1.铬(5nm)和金TM
(25nm)在玻璃衬底上热蒸发,作为栅电极。步骤2.Polyera公司的ActivInk D1400用茴
香醚(150mg/mL)在1000rpm下旋转涂覆作为电介质,随后紫外线照射10分钟。步骤3.金
(30nm)热蒸发,作为S/D电极。步骤4.S/D电极用2%1-丙硫醇/1-甲基萘处理1分钟,分
拆,1-甲基萘中的(S,S)-反式-PDIS21MP(10mg/mL)在4000rpm下旋转涂覆6秒,随后在电
炉上在120℃下干燥。步骤5.在120℃电炉上进行烘烤步骤5分钟。
[0350] 顶栅底接触(TGBC)薄膜晶体管按照如下步骤进行制备:步骤1.Polyera公司的TM
ActivInk D1400用1:1的茴香醚/1,4-二氧六环(80mg/mL)在4000rpm下旋转涂覆作为平
面层,随后紫外线照射10分钟。步骤2.金(30nm)热蒸发,作为S/D电极。步骤3.S/D电
极用1-丙硫醇蒸汽处理30分钟,随后在110℃真空炉中烘烤10分钟。步骤4.在1500rpm
下将(S,S)-反式-PDIS21MP/1-甲基萘(10mg/mL)旋转涂覆12秒,然后在120℃下电炉中
干燥,随后烘烤5分钟。步骤5.聚合电介质,例如PMMA(50mg/mL的醋酸盐形式)被旋转涂
覆在顶端作为电介质,在120℃电炉中烘烤5分钟。步骤6.金(30nm)热蒸发,作为栅电极。
[0351] 表3总结了根据上述步骤制造的各种器件的示例性电荷传输性质。
[0352] 表3.电子迁移率(μ)、开/关比和薄膜晶体管的Von总结
[0353]
[0354] *从Vg=0V到Vg=60V进行计算。
[0355] 本发明包含了没有脱离本发明精神或本质特征的其他具体形式的实施例。上述实施例因此应当被认为在各方面均是示例性质,而非对于本申请中描述的本发明的限制。本
发明的范围因此由附加的权利要求书(而非上面的描述)所指明,落入与所述权利要求书相等的含义和范围内的所有变化均应该被包括在内。
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